30.11.16.-
Observaciones de una estrella de neutrones, llevadas a cabo con el VLT,
podrían confirmar una predicción de hace 80 años sobre el vacío.
Utilizando el VLT (Very Large Telescope)
de ESO, un equipo de astrónomos, que ha estudiado la luz emitida por
una estrella de neutrones extraordinariamente densa y fuertemente
magnetizada, puede haber encontrado los primeros indicios
observacionales de un extraño efecto cuántico predicho por primera vez
en la década de 1930. La polarización de la luz observada sugiere que el
espacio vacío que hay alrededor de la estrella de neutrones está sujeta
a un efecto cuántico conocido como birrefringencia de vacío.
Un equipo dirigido por Roberto Mignani,
de INAF Milán (Italia) y de la Universidad de Zielona Gora (Polonia),
utilizó el VLT (Very Large Telescope) de ESO, instalado en el
Observatorio Paranal (Chile), para observar la estrella de neutrones RX
J1856.5-3754, a unos 400 años luz de la Tierra.
A pesar de estar entre las estrellas de
neutrones más cercanas, su extrema oscuridad hizo que los astrónomos
sólo pudieran observarla en luz visible utilizando el instrumento FORS2,
instalado en el VLT, en los límites de la tecnología de telescopios
actual.
Las estrellas de neutrones son los
densos núcleos remanentes de estrellas masivas (al menos 10 veces más
masivas que nuestro Sol) que han estallado como supernovas al final de
sus vidas. También tienen campos magnéticos muy extremos, miles de
millones de veces más fuertes que los del Sol, que impregnan su
superficie exterior y sus alrededores.
Estos campos son tan fuertes que incluso
afectan a las propiedades del espacio vacío que hay alrededor de la
estrella. Se cree que, normalmente, el vacío está completamente vacío, y
que la luz puede viajar a través de él sin sufrir ningún cambio. Pero
en la electrodinámica cuántica (QED, por sus siglas en inglés), la
teoría cuántica que describe la interacción entre fotones de luz y
partículas cargadas, como electrones, el espacio está lleno de
partículas virtuales que aparecen y desaparecen todo el tiempo. Los
campos magnéticos muy fuertes puede modificar este espacio, lo que
afecta a la polarización de la luz que pasa a través de él.
Mignani, explica: "De acuerdo con la
QED, un vacío altamente magnetizado se comporta como un prisma lo hace
con la propagación de la luz, un efecto conocido como birrefringencia de
vacío".
Sin embargo, hasta ahora, de entre las
muchas predicciones de la QED, la birrefringencia de vacío carecía de
una demostración experimental directa. Los intentos de detectarla en el
laboratorio no han tenido éxito en los años 80 desde que se predijo en
un artículo por Werner Heisenberg (conocido por formular el principio de
incertidumbre) y Hans Heinrich Euler.
"Este efecto puede detectarse solamente
en presencia de campos magnéticos enormemente fuertes, como los que hay
alrededor de estrellas de neutrones. Esto demuestra, una vez más, que
las estrellas de neutrones son laboratorios de un gran valor para el
estudio de las leyes fundamentales de la naturaleza", afirma Roberto
Turolla (Universidad de Padua, Italia).
Tras un cuidadoso análisis de los datos
del VLT, Mignani y su equipo detectaron polarización lineal (en un grado
significativo de alrededor del 16%) debida probablemente, según los
investigadores, al efecto impulsor de birrefringencia de vacío en el
área de espacio vacío que rodea a RX J1856.5-3754.
Vincenzo Testa (INAF, Roma, Italia),
comenta: "Es el objeto más débil en el que se ha medido nunca la
polarización. Requiere uno de los telescopios más grandes y más
eficientes del mundo, el VLT, y técnicas precisas de análisis de datos
para mejorar la señal de una estrella tan débil".
"La alta polarización lineal que medimos
con el VLT no puede explicarse fácilmente con nuestros modelos, a menos
que incluyamos los efectos de birrefringencia de vacío predichos por
QED", agrega Mignani.
"Este studio del VLT es el primer apoyo
observacional para las predicciones de este tipo de efectos QED que
emanan de un campo magnético extremadamente fuerte", comenta Silvia Zane
(UCL/MSSL, Reino Unido).
Mignani está emocionado ante las mejoras
en este área de estudio que podrían dares gracias a los telescopios más
avanzados: "Las mediciones de la polarización con la próxima generación
de telescopios como el E-ELT (European Extremely Large Telescope)de
ESO, pueden jugar un papel crucial a la hora de poner a prueba las
predicciones de los de efectos de birrefringencia de vacío de la QED
alrededor muchas más estrellas de neutrones".
"Esta medición, realizada por primera
vez ahora en luz visible, también allana el camino para que puedan
llevarse a cabo mediciones similares en longitudes de onda de rayos X",
añade Kinwah Wu (UCL/MSSL, Reino Unido).
La polarización de la luz emitida por una estrella de neutrones. Image Credit: ESO/L. Calçada
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