Magnetar pode solucionar um mistério quântico de longa data

Esta ilustração artística retrata o magnetar 1E 1547.0-5408, um tipo especial de estrela de nêutrons em rápida rotação com campos magnéticos mais de um trilhão de vezes mais fortes que o da Terra. As curvas azuis que emanam dos dois polos magnéticos da estrela representam as linhas do campo magnético. Crédito: NASA/Pablo Garcia

Os astrônomos podem ter acabado de confirmar um dos aspectos mais peculiares da mecânica quântica: que o espaço aparentemente vazio pode alterar o comportamento da luz na presença de um forte campo magnético. Esse fenômeno, chamado "birrefringência do vácuo", foi previsto pela primeira vez há quase 90 anos por Werner Heisenberg, um dos pais fundadores da mecânica quântica. Ele sugeriu que mesmo um vácuo perfeito deveria estar repleto de "partículas virtuais" que surgem e desaparecem rapidamente.

Astrônomos usaram as propriedades de um magnetar — um tipo raro de estrela de nêutrons com os campos magnéticos mais fortes do universo — para estudar esse fenômeno.

Suas observações revelaram o que pode ser a primeira detecção de birrefringência do vácuo ocorrendo no campo magnético ultraforte do magnetar e podem abrir novos caminhos para a exploração do universo quântico. Os resultados foram publicados em 5 de agosto na revista Nature .

Magnetars como plataformas de teste quântico

Na presença de um campo magnético extremamente poderoso, espera-se que um mar de partículas virtuais de Heisenberg refrate a luz de maneiras específicas, produzindo birrefringência no vácuo. Somente os magnetars possuem campos magnéticos suficientemente fortes para tornar esse efeito quântico visível.

Uma equipe internacional observou um magnetar conhecido como 1E 1547.0–5408 (ou 1E1547, abreviadamente) que  pode ser a primeira detecção direta desse efeito quântico, antes considerado teórico.

Apesar de ter sido previsto na década de 1930, a detecção concreta da birrefringência do vácuo permanece, até o momento, um desafio. "Detectar a birrefringência do vácuo requer um campo magnético mais de 100 milhões de vezes mais forte do que qualquer um que já tenhamos criado na Terra. Felizmente, a natureza nos presenteou com os magnetars, que são os laboratórios cósmicos perfeitos para buscarmos esse efeito.", disse o Dr. Lower, um dos integrantes desta equipe.

Uma vista quase polar

Ao monitorar cuidadosamente a direção da oscilação das ondas de rádio emitidas pelo magnetar (seu "estado de polarização") durante sua rotação, a equipe descobriu que os eixos magnético e de rotação de 1E 1547 estão quase alinhados e são observados praticamente de frente para o polo. Essa combinação de geometria magnética e de observação torna 1E 1547 ideal para a busca de birrefringência no vácuo.

A equipe então identificou dois sinais reveladores de que a birrefringência do vácuo está atuando ao redor do magnetar: eles descobriram que os raios X produzidos pelo magnetar e captados pelo IXPE tinham níveis extremamente altos de polarização e que a direção da polarização estava sincronizada com o campo magnético de 1E1547 da mesma forma que as ondas de rádio.

"Devido à intensidade do campo magnético, as partículas virtuais de Heisenberg se alinham com a direção para a qual o campo aponta", 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 birrefringência no vácuo."

Se confirmada, essa descoberta abre caminho para a compreensão de como nossas teorias da física quântica funcionam em um dos ambientes mais extremos do nosso universo.

Fonte: PHYS.ORG