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VLT观测揭示奇怪的量子效应的第一个迹象

发布时间:2018-05-16 点击量:27

这位艺术家的观点表明,如果来自强磁中子星(左)表面的光线在通过接近恒星的空间真空中行进到地球观测者(右)时呈现线偏振。观察到的光在极强磁场中的极化表明,中子星周围的空间空间受到被称为真空双折射的量子效应,量子电动力学(QED)的预测。这种效应在20世纪30年代被预测,但之前没有被观察到。

em使用ESO的超大望远镜,天文学家可能已经找到了第一个观测到的奇特量子效应的迹象,这在20世纪30年代首次被预测到。观察到的光的偏振表明中子星周围的空白空间受到被称为真空双折射的量子效应。 / em

意大利INAF米兰大学和波兰Zielona Gora大学的Roberto Mignani领导的一个研究小组在智利Paranal天文台使用ESO的超大望远镜(VLT)观测中子星RX J1856.5-3754,离地球400光年。

尽管是最接近的中子星,但它的极端暗淡意味着天文学家只能在当前望远镜技术的限制下,使用VLT上的FORS2仪器观察可见光的恒星。

中子星是大质量恒星非常致密的剩余核心 - 至少比我们的太阳大10倍 - 在他们生命的最后爆发为超新星。它们也有极端的磁场,比太阳强十亿倍,渗透到它们的外表面和周围。


em这位艺术家的观点表明,当来自强磁中子星(左)表面的光线在通往地球观测者的路上(右)通过接近恒星的空间的真空时线性极化, 。观察到的光在极强磁场中的极化表明,中子星周围的空间空间受到被称为真空双折射的量子效应,量子电动力学(QED)的预测。这种效应在20世纪30年代被预测过,但之前没有被观察到。 / em

光线的磁场和电场方向由红线和蓝线表示。 Roberto Taverna(意大利帕多瓦大学)和Denis Gonzalez Caniulef(UCL / MSSL,英国)的模型模拟显示,当光线穿过中子星周围的区域时,它们沿着一个首选方向对齐。当它们对齐时,光线就会变得极化,并且这种极化可以被地球上的敏感仪器检测到。

这些领域非常强大,甚至会影响恒星周围空间的属性。通常情况下,真空被认为是完全空的,光线可以在不改变的情况下穿过它。但在量子电动力学(QED)中,量子理论描述了光子与带电粒子(如电子)之间的相互作用,空间中充满了虚拟粒子,这些粒子一直出现并消失。非常强的磁场可以修改这个空间,以便它影响通过它的光的偏振。

Mignani解释说:“根据QED的说法,高度磁化的真空表现为光线传播的棱镜,这种效应称为真空双折射。”

然而,在QED的许多预测中,迄今为止真空双折射缺乏直接的实验证明。在Werner Heisenberg(不确定性原理名声望)和Hans Heinrich Euler的论文中预言,在实验室中发现它的尝试尚未成功。

“这种影响只有在极强的磁场存在的情况下才能被发现,比如中子星周围的磁场。这再次表明,中子星是研究自然基本规律的宝贵实验室。“Roberto Turolla(意大利帕多瓦大学)说。

在对VLT数据进行仔细分析后,Mignani和他的团队检测出线性偏振 - 大约为16% - 他们认为这可能是由于RX J1856.5周围空间区域发生真空双折射的促进作用-3754。

Vincenzo Testa(INA​​F,意大利罗马)评论道:“这是极度测量过的最微弱的物体。它需要世界上最大和最高效的望远镜之一,VLT和精确的数据分析技术来增强这颗微弱恒星的信号。“

Mignani补充说:“除非包含QED预测的真空双折射效应,否则我们用VLT测得的高线性偏振不能轻易地被我们的模型解释。

“这项VLT研究是第一个观测支持,用于预测在极强磁场中产生的这些QED效应,”Silvia Zane(UCL / MSSL,UK)评论道。

米尼亚尼对这一研究领域的进一步改进感到非常兴奋,这些研究领域可能与更先进的望远镜有关:“使用ESO的欧洲极端大望远镜等下一代望远镜进行偏振测量,可能在测试真空双折射的QED预测中发挥关键作用影响更多的中子星。“

“这种首次在可见光下进行的测量,也为通过X射线波长进行类似测量铺平了道路,”Kinwah Wu补充说。

这幅广阔的野外图像显示了Corona Australis南部星座中非常微弱的中子星RX J1856.5-3754周围的天空。这部分天空还包含有趣的区域,包含变星R Coronae Australis(左上)以及球状星团NGC 6723周围的黑暗和明亮星云。中子星本身太微弱,无法在这里看到,但谎言非常接近图像的中心。

研究:从孤立中子星RX J1856.5-3754的第一次光偏振测量结果证实真空双折射

来源:欧洲南方天文台