Een NASA-missie die is ontworpen om röntgenstraling uit de ruimte te bestuderen, heeft mogelijk net een theorie bevestigd die negen decennia heeft standgehouden. De Imaging X-ray Polarimetry Explorer, of IXPE, heeft gegevens verzameld die suggereren dat magnetars, de meest magnetische sterren die bekend zijn, zich precies gedragen zoals wetenschappers in de jaren dertig voorspelden. Als dit wordt bevestigd, zou dit het eerste directe bewijs zijn van een concept dat ons begrip van deze extreme objecten heeft gevormd.
Een 90 jaar oude puzzel krijgt eindelijk een antwoord
Magnetars zijn een type neutronenster, de ingestorte kern van een massieve ster die explodeerde als supernova. Ze zijn klein, slechts ongeveer 19 kilometer in doorsnede, maar hun magnetische velden zijn zo intens dat ze atomen kunnen vervormen en röntgenstraling die in de buurt passeert kunnen verstoren. Decennialang hebben astrofysici getheoretiseerd dat deze magnetische velden zo sterk zijn dat ze de manier beïnvloeden waarop licht en materie rond de ster op elkaar inwerken. Maar niemand had dit effect ooit direct waargenomen.
Daar komt IXPE om de hoek kijken. Het ruimteobservatorium, gelanceerd in december 2021, meet de polarisatie van röntgenstraling, dat is de richting waarin de lichtgolven trillen. Door röntgenstraling van een magnetar genaamd 4U 0142+61, gelegen op ongeveer 13.000 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Cassiopeia, te bestuderen, heeft de missie mogelijk de eerste glimp opgevangen van een fenomeen dat bekend staat als vacuüm-birefringentie.
Wat de gegevens tonen en waarom het ertoe doet
Vacuüm-birefringentie is een kwantumeffect dat in 1936 werd voorspeld door twee Duitse natuurkundigen, Werner Heisenberg en Hans Euler. Zij stelden voor dat in de aanwezigheid van een extreem sterk magnetisch veld, de lege ruimte zelf gepolariseerd raakt, wat betekent dat het licht enigszins kan buigen of vertragen, afhankelijk van de richting van het licht. Dit effect is ongelooflijk subtiel en tot nu toe was het nooit in een natuurlijke omgeving waargenomen.
IXPE detecteerde dat de röntgenstraling van de magnetar gepolariseerd was op een manier die overeenkomt met de voorspellingen van vacuüm-birefringentie. De polarisatiehoek was uitgelijnd met het magnetische veld van de ster, en de mate van polarisatie was hoger dan verwacht zou worden zonder het effect. Dit is precies wat de theorie voorspelt, en het is de eerste keer dat een dergelijk signaal van een magnetar is gezien.
Het team achter de ontdekking, geleid door onderzoekers van de Universiteit van Padua in Italië, publiceerde hun resultaten in het tijdschrift Nature Astronomy. Ze waarschuwen dat er meer observaties nodig zijn om andere verklaringen uit te sluiten, maar de overeenkomst is opvallend.
Een nieuw venster op de kwantumwereld
Voor de mensen die deze objecten bestuderen, is het resultaat meer dan alleen een bevestiging van een oud idee. Het is een demonstratie dat IXPE effecten kan zien die ooit als onwaarneembaar werden beschouwd. De missie was ontworpen om de polarisatie van röntgenstraling van kosmische bronnen te bestuderen, en deze ontdekking toont aan dat het de aard van ruimte en tijd nabij de meest extreme objecten in het universum kan onderzoeken.
De betreffende magnetar, 4U 0142+61, is een van de ongeveer 30 bekende magnetars in ons melkwegstelsel. Hij werd ontdekt in 1994 en is sindsdien uitgebreid bestudeerd. Maar deze nieuwe observatie voegt een laag detail toe die voorheen ontbrak. Het toont aan dat het magnetische veld rond de ster niet alleen een statisch kenmerk is, maar een actieve speler in hoe licht door de regio reist.
Als het resultaat standhoudt, zal het het eerste directe bewijs zijn dat vacuüm-birefringentie in de natuur bestaat. Dat zou een belangrijke mijlpaal zijn voor de natuurkunde, waarmee een voorspelling wordt bevestigd die lang voordat iemand de technologie had om het te testen, werd gedaan. Het zou ook nieuwe vragen openen over hoe magnetische velden interageren met licht en materie in extreme omstandigheden.
Voor nu plant het team vervolgobservaties van andere magnetars om te zien of het effect consistent is. De theorie heeft 90 jaar gewacht op een mogelijke bevestiging, en het zou niet lang meer hoeven te duren.
