p A visão deste artista mostra como a luz proveniente da superfície de uma estrela de nêutrons fortemente magnética (esquerda) torna-se linearmente polarizada à medida que viaja pelo vácuo do espaço perto da estrela em seu caminho para o observador na Terra (direita). A polarização da luz observada no campo magnético extremamente forte sugere que o espaço vazio ao redor da estrela de nêutrons está sujeito a um efeito quântico conhecido como birrefringência a vácuo, uma previsão da eletrodinâmica quântica (QED). Este efeito foi previsto na década de 1930, mas não foi observado antes. As direções do campo magnético e elétrico dos raios de luz são mostradas pelas linhas vermelha e azul. Simulações de modelos por Roberto Taverna (Universidade de Pádua, Itália) e Denis Gonzalez Caniulef (UCL / MSSL, Reino Unido) mostram como eles se alinham ao longo de uma direção preferencial conforme a luz passa pela região em torno da estrela de nêutrons. À medida que se alinham, a luz se torna polarizada, e esta polarização pode ser detectada por instrumentos sensíveis na Terra. Crédito:ESO / L. Calçada
p Ao estudar a luz emitida por uma estrela de nêutrons extraordinariamente densa e fortemente magnetizada usando o Very Large Telescope do ESO, astrônomos podem ter encontrado as primeiras indicações de observação de um estranho efeito quântico, previsto pela primeira vez na década de 1930. A polarização da luz observada sugere que o espaço vazio ao redor da estrela de nêutrons está sujeito a um efeito quântico conhecido como birrefringência a vácuo. p Uma equipe liderada por Roberto Mignani do INAF Milão (Itália) e da Universidade de Zielona Gora (Polônia), usou o Very Large Telescope (VLT) do ESO no Observatório do Paranal no Chile para observar a estrela de nêutrons RX J1856.5-3754, cerca de 400 anos-luz da Terra.
p Apesar de estar entre as estrelas de nêutrons mais próximas, sua extrema obscuridade significava que os astrônomos só podiam observar a estrela com luz visível usando o instrumento FORS2 no VLT, nos limites da tecnologia de telescópio atual.
p As estrelas de nêutrons são núcleos remanescentes muito densos de estrelas massivas - pelo menos 10 vezes mais massivas que o nosso Sol - que explodiram como supernovas no final de suas vidas. Eles também têm campos magnéticos extremos, bilhões de vezes mais forte do que o Sol, que permeiam sua superfície externa e arredores.
p Esses campos são tão fortes que até afetam as propriedades do espaço vazio ao redor da estrela. Normalmente, um vácuo é considerado completamente vazio, e a luz pode viajar por ele sem ser alterada. Mas em eletrodinâmica quântica (QED), a teoria quântica que descreve a interação entre fótons e partículas carregadas, como elétrons, o espaço está cheio de partículas virtuais que aparecem e desaparecem o tempo todo. Campos magnéticos muito fortes podem modificar este espaço de modo que ele afeta a polarização da luz que passa por ele.
p Mignani explica:"De acordo com a QED, um vácuo altamente magnetizado se comporta como um prisma para a propagação da luz, um efeito conhecido como birrefringência a vácuo. "
p Entre as muitas previsões do QED, Contudo, a birrefringência a vácuo até agora carecia de uma demonstração experimental direta. As tentativas de detectá-lo em laboratório ainda não tiveram sucesso nos 80 anos desde que foi previsto em um artigo de Werner Heisenberg (famoso pelo princípio da incerteza) e Hans Heinrich Euler.
p Esta imagem de campo amplo mostra o céu ao redor da estrela de nêutrons muito tênue RX J1856.5-3754 na constelação do sul da Corona Australis. Esta parte do céu também contém regiões interessantes de nebulosidade escura e brilhante ao redor da estrela variável R Coronae Australis (canto superior esquerdo), bem como o aglomerado de estrelas globulares NGC 6723. A própria estrela de nêutrons é muito fraca para ser vista aqui, mas fica muito perto do centro da imagem. Crédito:ESO / Digitized Sky Survey 2
p "Este efeito pode ser detectado apenas na presença de campos magnéticos extremamente fortes, como aqueles em torno de estrelas de nêutrons. Isso mostra, mais uma vez, que as estrelas de nêutrons são laboratórios inestimáveis para estudar as leis fundamentais da natureza. "diz Roberto Turolla (Universidade de Pádua, Itália).
p Após uma análise cuidadosa dos dados VLT, Mignani e sua equipe detectaram polarização linear - em um grau significativo de cerca de 16% - que eles dizem ser provavelmente devido ao efeito de aumento da birrefringência a vácuo que ocorre na área do espaço vazio ao redor de RX J1856.5-3754.
p Vincenzo Testa (INAF, Roma, Itália) comenta:"Este é o objeto mais tênue para o qual a polarização já foi medida. Requeria um dos maiores e mais eficientes telescópios do mundo, o VLT, e técnicas de análise de dados precisas para melhorar o sinal de uma estrela tão fraca. "
p "A alta polarização linear que medimos com o VLT não pode ser facilmente explicada por nossos modelos, a menos que os efeitos de birrefringência de vácuo previstos por QED sejam incluídos, "acrescenta Mignani.
p "Este estudo VLT é o primeiro suporte observacional para previsões desses tipos de efeitos QED que surgem em campos magnéticos extremamente fortes, "comenta Silvia Zane (UCL / MSSL, REINO UNIDO).
p Mignani está animado com novas melhorias nesta área de estudo que podem surgir com telescópios mais avançados:"Medidas de polarização com a próxima geração de telescópios, como o European Extremely Large Telescope do ESO, poderia desempenhar um papel crucial no teste de previsões QED de efeitos de birrefringência a vácuo em torno de muito mais estrelas de nêutrons. "
p "Esta medição, feito pela primeira vez agora em luz visível, também abre caminho para medições semelhantes a serem realizadas em comprimentos de onda de raios-X, "adiciona Kinwah Wu (UCL / MSSL, REINO UNIDO).
p Esta pesquisa foi apresentada no artigo intitulado "Evidência de birrefringência a vácuo da primeira medição de polarimetria óptica da estrela de nêutrons isolada RX J1856.5−3754", por R. Mignani et al., aparecer em
Avisos mensais da Royal Astronomical Society .
