La luz emitida por una estrella de neutrones podría validar una teoría cuántica de los años 30

Unos astrónomos podrían haber hallado los primeros indicios observacionales del efecto cuántico conocido como birrefringencia de vacío, pronosticado por primera vez en la Alemania de los años treinta

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estrellaneutrones1. Polarización de la luz

Polarización de la luz

Esta ilustración muestra cómo la luz proveniente de la superficie de una estrella de neutrones muy magnética (izquierda) se convierte en polarizada linealmente a medida que viaja por el vacío del espacio cercano a la estrella, en su camino hacia el observador situado en la Tierra (derecha). La polarización de la luz observada en el campo magnético extremadamente fuerte sugiere que el espacio vacío alrededor de la estrella de neutrones está sujeto a un efecto cuántico conocido como birrefringencia de vacío, una predicción de la electrodinámica cuántica. Este efecto fue predicho en la década de 1930, pero no se había observado antes. Las direcciones magnéticas y las del campo eléctrico se muestran con las líneas rojas y azules. Las simulaciones realizadas por Roberto Taverna y Denis González Caniulef muestran cómo estas se alinean a lo largo de una dirección preferida a medida que la luz pasa a través de la región que rodea a la estrella de neutrones.

Imagen: ESO / L. Calçada

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estrellaneutrones2. RX J1856.5-3754

RX J1856.5-3754

Imagen del firmamento alrededor de la muy tenue estrella de neutrones RX J1856.5-3754, situada en el centro pero que es demasiado débil para distinguirse.

Imagen: ESO / Digitized Sky Survey 2

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estrellaneutrones3. RX J1856.5-3754

RX J1856.5-3754

Composición en color del firmamento alrededor de la estrella de neutrones RX J1856.5-3754, que está exactamente en el centro de la imagen.

Imagen: ESO

Unos astrónomos podrían haber hallado los primeros indicios observacionales del efecto cuántico conocido como birrefringencia de vacío, pronosticado por primera vez en la Alemania de los años treinta

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El científico alemán Werner Karl Heisenberg fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1932 por ser uno de los padres de la mecánica cuántica. Él y su alumno, Hans Heinrich Euler, describieron la dinámica no lineal del campo electromagnético en el vacío. Ambos físicos trataron el vacío como un medio fluctuante que actúa como un material polarizable no lineal. Heisenberg fue uno de los científicos principales del proyecto nazi para la fabricación de la bomba atómica y existe mucha controversia sobre si quería sabotear el programa o no. Heuler murió en 1941, mientras estaba en la Luftwaffe, la fuerza aérea de los nazis. Muchas predicciones de la electrodinámica cuántica, como la birrefringencia de vacío, no se han podido demostrar de forma experimental directa desde que fueron descritas; los experimentos en el laboratorio no han tenido éxito.

Unos ochenta años después, un equipo de astrónomos parece haber hallado los primeros indicios observacionales del extraño efecto cuántico conocido como birrefringencia de vacío, pronosticado por primera vez en la década de los años treinta, según informa hoy el Observatorio Europeo Austral (ESO). Los astrónomos han utilizado el Very Large Telescope de la ESO, instalado en el Observatorio Paranal de Chile, y han analizado la luz emitida por RX J1856.5-3754, una estrella de neutrones extraordinariamente densa y fuertemente magnetizada, situada a unos 400 años luz de la Tierra. Una estrella de neutrones se forma tras la muerte de una estrella masiva, una explosión estelar conocida como supernova, y es uno de los objetos más densos que se conocen en el universo.

Una estrella de neutrones es uno de los objetos más densos que se conocen en el universo

La luz natural no está polarizada y los fotones se emiten de forma aleatoria en todas las direcciones, mientras que los fotones de la luz polarizada vibran en la misma dirección o en un único plano. Y la luz polarizada que emite la estrella de neutrones sugiere que el espacio vacío que hay alrededor de la misma está sujeto a la birrefringencia de vacío. "De acuerdo con la electrodinámica cuántica, un vacío altamente magnetizado se comporta como lo hace un prisma con la propagación de la luz, un efecto conocido como birrefringencia de vacío", explica el italiano Roberto Mignani, quien dirige el estudio.

"Este efecto puede detectarse solamente en presencia de campos magnéticos enormemente fuertes, como los que hay alrededor de las 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, de la Universidad de Padua. Por tanto, los campos magnéticos muy fuertes pueden modificar el espacio vacío que hay a su alrededor, lo que afecta a la polarización de la luz que pasa a través.