Eine seltene Art toter Sterne mit einem Magnetfeld, das billionenfach stärker ist als das der Erde, könnte gerade enthüllt haben, dass der leere Raum nicht wirklich leer ist. Astronomen, die den Magnetar 1E 1547.0-5408 untersuchen, haben eine seltsame Drehung des Lichts entdeckt, die der erste direkte Beweis für Vakuum-Doppelbrechung sein könnte, einen Quanteneffekt, den Werner Heisenberg in den 1930er Jahren vorhergesagt hat. Wenn sich das bestätigt, würde das beweisen, dass selbst ein perfektes Vakuum von unsichtbarer Aktivität brodelt, die den Weg des Lichts verändern kann.
Ein Quanteneffekt, versteckt im magnetischen Griff eines Sterns
Heisenbergs Theorie besagte, dass leerer Raum keine stille Leere ist, sondern ein schäumendes Meer aus 'virtuellen Teilchen', die kurz auf- und wieder abtauchen. Normalerweise ist dieser Effekt viel zu subtil, um beobachtet zu werden. Aber Magnetare, die Neutronensterne mit den stärksten Magnetfeldern im Universum sind, schaffen Bedingungen, die extrem genug sind, um den Einfluss des Quantenvakuums auf Licht messbar zu machen.
Ein internationales Team unter der Leitung von Dr. Marcus Lower von der Swinburne University of Technology in Australien nutzte den Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) der NASA, um den Magnetar 1E 1547.0-5408 zu untersuchen. Sie verließen sich auch auf das NICER-Röntgenteleskop an Bord der Internationalen Raumstation und Murriyang, das Parkes-Radioteleskop von CSIRO in Australien. Die Beobachtungen zeigten, dass Röntgenstrahlen von den Polen des Magnetars auf eine Weise polarisiert waren, die den Vorhersagen für Vakuum-Doppelbrechung entsprach.
Was die Beobachtungen zeigten
Der Magnetar rotiert alle 2,1 Sekunden einmal, und seine Radio- und Röntgenemissionen erreichen zu unterschiedlichen Zeiten während dieser Drehung ihre Spitzen. Das deutet darauf hin, dass die Röntgenstrahlen von einem 'heißen Fleck' kommen, der von der magnetischen Achse versetzt ist. Das Team maß Röntgenpolarisationsgrade von 40% und 80% aus den oberen bzw. unteren Emissionskegeln. Diese hohen Werte, zusammen mit glatten und kohärenten Änderungen der Polarisation über die Rotation, liefern das bisher eindeutigste Signal für Vakuum-Doppelbrechung.
Einfacher ausgedrückt: Das Magnetfeld des Magnetars ist so intensiv, dass es den Weg des Lichts zu biegen scheint, wenn es durch den 'leeren' Raum um den Stern hindurchtritt. Das ist genau, was Heisenberg vorhergesagt hat: Das Vakuum sollte wie ein Kristall wirken, der Licht je nach Polarisation unterschiedlich bricht.
Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht. Wenn sich die Entdeckung bestätigt, würde sie Wissenschaftlern ein mächtiges neues Werkzeug geben, um die Quantennatur des Raums selbst zu untersuchen. Vorerst bietet das seltsame Verhalten des Magnetars einen verlockenden Einblick in ein Universum, in dem selbst das Nichts eine Struktur hat.
