Data z observatoře IXPE u magnetaru mohou potvrdit devadesát let starou teorii o vakuu

Vědci z NASA díky vesmírné observatoři IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) získali nová data o magnetaru 1E 1547-5408, která by mohla potvrdit devadesát let starou fyzikální teorii o chování prázdného prostoru v extrémně silných magnetických polích. Výsledky pozorování, která probíhala mezi březnem a dubnem 2025, byly publikovány v odborném článku 7. srpna 2026.

Magnetary patří mezi neutronové hvězdy, tedy pozůstatky po výbuších supernov, které se vyznačují mimořádně silným magnetickým polem. To u magnetarů dosahuje síly zhruba bilionkrát převyšující nejsilnější permanentní magnety vyrobené na Zemi. Právě takové extrémní podmínky dělají z těchto objektů unikátní přírodní laboratoře, ve kterých lze testovat jevy, jež by v pozemských podmínkách nebylo možné nikdy vyvolat ani změřit.

Pozorování magnetaru 1E 1547-5408 trvalo více než 140 hodin, během nichž IXPE zaznamenávala polarizaci rentgenového záření vycházejícího z okolí neutronové hvězdy. Polarizace záření nese informaci o tom, jakým způsobem s ním interaguje extrémně silné magnetické pole v bezprostřední blízkosti magnetaru, a právě tato data mohou vědcům pomoci ověřit chování takzvaného vakua v podmínkách, které se na Zemi nedají žádným způsobem replikovat.

Teorie, kterou vědci nyní zkoumají, je stará devadesát let a týká se takzvané kvantové elektrodynamiky ve vakuu vystaveném extrémně silnému magnetickému poli. Podle této teorie by prázdný prostor v takových podmínkách neměl být skutečně prázdný, ale měl by se chovat jako jakési optické médium, které dokáže ovlivňovat polarizaci procházejícího záření. Tento jev, označovaný jako vakuová dvojlomnost, byl teoreticky předpovězen již ve třicátých letech dvacátého století, ale jeho přímé experimentální potvrzení bylo dosud mimořádně obtížné kvůli tomu, že vyžaduje magnetická pole o síle, jakou lze najít pouze u objektů, jako jsou magnetary.

Data z IXPE nyní podle vědců naznačují, že polarizace záření z 1E 1547-5408 odpovídá právě předpovědím vycházejícím z této teorie. Pokud se výsledky potvrdí dalšími pozorováními a analýzami, šlo by o významný krok k experimentálnímu ověření jevu, který byl doposud znám pouze z teoretických výpočtů.

Magnetar 1E 1547-5408 je znám svou proměnlivou aktivitou a v minulosti byl pozorován při několika výbuších záření. Právě tato aktivita z něj dělá vhodný cíl pro dlouhodobá pozorování pomocí přístrojů, jako je IXPE, který byl speciálně navržen pro měření polarizace rentgenového záření z vesmírných zdrojů.

Observatoř IXPE byla vypuštěna společně americkou vesmírnou agenturou NASA a italskou vesmírnou agenturou a od svého uvedení do provozu se zaměřuje na studium extrémních vesmírných objektů, mezi něž patří kromě magnetarů také černé díry či pozůstatky supernov. Schopnost měřit polarizaci záření dává vědcům nástroj, který doplňuje běžná pozorování jasnosti a spektra záření o další rozměr informací, jenž umožňuje lépe pochopit fyzikální procesy probíhající v bezprostřední blízkosti těchto objektů.

K nové studii NASA zveřejnila také uměleckou představu magnetaru 1E 1547-5408, jejímž autorem je Pablo Garcia. Ilustrace zachycuje neutronovou hvězdu obklopenou silnými magnetickými poli, jak si je vědci na základě dosavadních poznatků a pozorování představují, jelikož přímé zobrazení povrchu magnetaru současnými přístroji není možné.

Vědci nyní plánují další analýzy dat i případná doplňková pozorování, která by měla potvrdit, zda naměřená polarizace skutečně odpovídá předpovědím teorie o chování vakua v silných magnetických polích, nebo zda je třeba hledat jiné vysvětlení pozorovaných jevů. Případné potvrzení teorie by mělo význam nejen pro astrofyziku, ale i pro základní fyziku, jelikož by šlo o jeden z mála přímých experimentálních důkazů chování kvantového vakua za extrémních podmínek, které nelze v laboratoři na Zemi nijak napodobit.