Astrônomos podem ter encontrado algumas das evidências mais fortes até agora para uma das previsões mais estranhas da mecânica quântica: mesmo o espaço aparentemente vazio pode influenciar a forma como a luz viaja. Conhecido como 'birrefringência do vácuo', o fenômeno foi previsto há quase 90 anos por Werner Heisenberg, um dos pioneiros da mecânica quântica. Seu trabalho sugeria que um vácuo perfeito não é verdadeiramente vazio. Em vez disso, deveria conter 'partículas virtuais' que aparecem e desaparecem brevemente.

Pesquisadores, incluindo o Dr. Marcus Lower da Swinburne University of Technology, investigaram este mistério quântico de longa data estudando um magnetar, um tipo raro de estrela de nêutrons que possui os campos magnéticos mais fortes conhecidos no universo. Suas observações podem representar a primeira detecção de birrefringência do vácuo ocorrendo dentro do campo magnético extraordinariamente poderoso de um magnetar. Se confirmado, o resultado pode dar aos cientistas uma nova maneira de investigar o universo quântico. As descobertas foram publicadas recentemente na Nature.

De acordo com a teoria, um campo magnético excepcionalmente forte pode afetar o mar de partículas virtuais associadas ao vácuo. Sob essas condições, espera-se que as partículas influenciem a forma como a luz viaja, refratando-a de uma maneira específica e produzindo birrefringência do vácuo. Os magnetares fornecem uma oportunidade rara para procurar esse efeito porque seus campos magnéticos são poderosos o suficiente para tornar o comportamento quântico previsto potencialmente observável.

O Dr. Lower fez parte de uma equipe internacional de pesquisa que estudou o magnetar 1E 1547.0-5408 (ou 1E1547, para abreviar) com o Explorador de Polarimetria de Raios X por Imagem (IXPE) da NASA. As observações foram apoiadas pelo telescópio de raios X NICER a bordo da Estação Espacial Internacional e Murriyang, o telescópio de rádio Parkes da CSIRO, que é propriedade e operado pela agência nacional de ciência da Austrália. Observações de rádio coletadas pelo Dr. Lower usando Murriyang, seguidas de análise no supercomputador Ngarrgu Tindebeek da Swinburne, ajudaram os pesquisadores a investigar o que pode ser a primeira detecção direta deste fenômeno quântico anteriormente teórico.

Embora a birrefringência do vácuo tenha sido prevista na década de 1930, o Dr. Lower disse que os cientistas ainda não obtiveram uma detecção definitiva. "Detectar a birrefringência do vácuo requer um campo magnético que é mais de 100 milhões de vezes mais forte do que qualquer um que já fizemos na Terra. Felizmente, a natureza nos forneceu magnetares, que são os laboratórios cósmicos perfeitos para procurar esse efeito", disse o Dr. Lower.

Os pesquisadores acompanharam de perto como as ondas de rádio vindas do magnetar mudaram de direção conforme a estrela girava (seu 'estado de polarização'). A partir dessas medições, eles determinaram que os eixos magnético e rotacional de 1E 1547 estão quase alinhados. O magnetar também é observado de uma perspectiva quase de frente para o polo. Juntas, essas características dão aos cientistas uma visão excepcionalmente favorável para procurar birrefringência do vácuo ao redor de 1E 1547.

A equipe então encontrou duas pistas importantes apontando para o efeito quântico. Raios X gerados pelo magnetar e detectados pelo IXPE mostraram níveis extremamente altos de polarização. Além disso, a direção dessa polarização permaneceu ligada ao campo magnético de 1E1547 da mesma forma observada nas observações de rádio.

"Por causa da força do campo magnético, as partículas virtuais de Heisenberg se alinham com a direção para a qual o campo está apontando", disse o Dr. Lower. "Ao rastrear cuidadosamente a direção em que as ondas de rádio e os raios X oscilam conforme o magnetar gira, a equipe descobriu que o alinhamento dos polos magnético e rotacional de 1E1547 era ideal para detectar a birrefringência do vácuo."

Se a interpretação for confirmada, o resultado pode ajudar os físicos a testar como teorias estabelecidas da física quântica se comportam sob algumas das condições mais extremas encontradas em qualquer lugar do universo. O Dr. Lower disse que observações adicionais e simulações de computador mais avançadas poderiam ajudar a estabelecer se o sinal realmente vem da birrefringência do vácuo.