Gökbilimciler, kuantum mekaniğinin en tuhaf öngörülerinden biri için şimdiye kadarki en güçlü kanıtlardan bazılarını bulmuş olabilir: Görünüşte boş olan uzay bile, ışığın yayılma şeklini etkileyebiliyor.
Bu sanatçı tasviri, manyetik alanları Dünya'nın kinden bir trilyon kattan fazla güçlü olan hızla dönen bir nötron yıldızı olan 1E 1547.0-5408 manyetarını gösteriyor. Yıldızın iki manyetik kutbundan yayılan mavi eğriler manyetik alan çizgilerini temsil ediyor. Manyetar, radyo ve X-ışını radyasyonunun önemli bir yayıcısıdır ve 2,1 saniyelik dönme periyodu sırasında zirve noktaları birbirinden kaymıştır. Bu durum, birincil X-ışını yayıcısının manyetik eksenden kaymış ikincil bir sıcak nokta olduğunu gösteriyor. Bu yayıcılar konik kesitler olarak tasvir edilmiştir: daha açık mavi radyo emisyonu manyetik alanın simetri ekseninde zirve yaparken, daha koyu mavi X-ışını emisyonu aşağıda zirve yapmaktadır. Üst ve alt emisyon konileri sırasıyla %40 ve %80 X-ışını polarizasyon dereceleri göstermektedir. Bu yüksek değerler ve dönme periyodu boyunca polarizasyondaki pürüzsüz, tutarlı değişimler, kuantum elektrodinamiğinin uzun süredir aranan bir öngörüsü olan vakum çift kırılmasının bugüne kadarki en kesin sinyalini sağlamaktadır. Kaynak: NASA/Pablo Garcia
"Vakum çift kırılması" olarak bilinen bu olgu, kuantum mekaniğinin öncülerinden Werner Heisenberg tarafından yaklaşık 90 yıl önce öngörülmüştü. Heisenberg'in çalışmaları, mükemmel bir vakumun gerçekten boş olmadığını; bunun yerine kısa süreliğine ortaya çıkıp kaybolan sanal parçacıklar içermesi gerektiğini öne sürmüştü.
Swinburne Teknoloji Üniversitesi'nden Dr. Marcus Lower'ın da aralarında bulunduğu araştırmacılar, evrende bilinen en güçlü manyetik alanlara sahip nadir bir nötron yıldızı türü olan manyetarları inceleyerek bu köklü kuantum gizemini çözmeye çalıştı.
Yapılan gözlemler, bir manyetarın olağanüstü güçlü manyetik alanında gerçekleşen vakum çift kırılmasının ilk tespiti olabilir. Eğer doğrulanırsa, bu sonuç bilim insanlarına kuantum evrenini araştırmak için yepyeni bir yol sunacak. Bulgular yakın zamanda Nature dergisinde yayımlandı.
Aşırı Manyetik Alanlar Işığı Nasıl Değiştirir?
Teoriye göre, olağanüstü güçlü bir manyetik alan, vakumla ilişkili sanal parçacık denizini etkileyebiliyor. Bu koşullar altında, parçacıkların ışığın yayılmasını belirli bir şekilde kırarak vakum çift kırılması üretmesi bekleniyor.
Manyetarlar, manyetik alanları öngörülen kuantum davranışını potansiyel olarak gözlemlenebilir kılacak kadar güçlü olduğundan, bu etkiyi aramak için nadir bir fırsat sunuyor.
Dr. Lower, NASA'nın Görüntüleyici X-Işını Polarimetri Keşif Aracı (IXPE) ile manyetar 1E 1547.0-5408'i (kısaca 1E1547) inceleyen uluslararası bir araştırma ekibinin parçasıydı. Gözlemler, Uluslararası Uzay İstasyonu'ndaki NICER X-ışını teleskobu ve Avustralya'nın ulusal bilim kurumu tarafından sahip olunan ve işletilen CSIRO'nun Parkes radyo teleskobu Murriyang tarafından desteklendi.
Dr. Lower'ın Murriyang kullanarak topladığı radyo gözlemleri ve ardından Swinburne'nin Ngarrgu Tindebeek süper bilgisayarında yapılan analizler, araştırmacıların daha önce sadece teorik olan bu kuantum olgusunun ilk doğrudan tespitini araştırmasına yardımcı oldu.
Vakum çift kırılması 1930'larda öngörülmesine rağmen, Dr. Lower bilim insanlarının henüz kesin bir tespit yapamadığını belirtti.
"Vakum çift kırılmasını tespit etmek, Dünya'da şimdiye kadar ürettiğimiz herhangi bir manyetik alandan 100 milyon kat daha güçlü bir manyetik alan gerektiriyor. Neyse ki doğa bize bu etkiyi aramak için mükemmel kozmik laboratuvarlar olan manyetarları sundu," dedi Dr. Lower.
İdeal Görüş Açısına Sahip Bir Manyetar
Araştırmacılar, yıldız döndükçe manyetardan gelen radyo dalgalarının yönünün (polarizasyon durumları) nasıl değiştiğini yakından takip etti. Bu ölçümlerden, 1E 1547'nin manyetik ve dönme eksenlerinin neredeyse hizalandığını belirlediler. Manyetar ayrıca neredeyse tam kutuptan bir bakış açısıyla gözlemleniyor.
Tüm bu özellikler bir araya geldiğinde, bilim insanlarına 1E 1547 çevresinde vakum çift kırılmasını aramak için alışılmadık derecede elverişli bir görünüm sağlıyor.
Ekip daha sonra kuantum etkisine işaret eden iki önemli ipucu buldu. Manyetar tarafından üretilen ve IXPE tarafından tespit edilen X-ışınları son derece yüksek polarizasyon seviyeleri gösterdi. Ayrıca, bu polarizasyonun yönü, radyo gözlemlerinde görüldüğü şekilde 1E1547'nin manyetik alanına bağlı kaldı.
"Manyetik alanın gücü nedeniyle, Heisenberg'in sanal parçacıkları alanın işaret ettiği yönle hizalanıyor," dedi Dr. Lower.
"Ekip, manyetar dönerken radyo dalgalarının ve X-ışınlarının salınım yönünü dikkatle takip ederek, 1E1547'nin manyetik ve dönme kutuplarının hizalanmasının vakum çift kırılmasını tespit etmek için ideal olduğunu buldu."
90 Yıllık Kuantum Gizemine Yaklaşmak
Eğer bu yorum doğrulanırsa, sonuç fizikçilerin yerleşik kuantum fiziği teorilerinin, evrende bulunan en aşırı koşullar altında nasıl davrandığını test etmelerine yardımcı olabilir.
Dr. Lower, ek gözlemlerin ve daha gelişmiş bilgisayar simülasyonlarının, sinyalin gerçekten vakum çift kırılmasından gelip gelmediğini belirlemeye yardımcı olabileceğini söyledi. Bu iyileştirmelerin, araştırmacıların öngörülen kuantum imzasını manyetarların etrafında gerçekleşen diğer fiziksel süreçlerden ayırtmasını kolaylaştırması bekleniyor.
"Elimizdeki bu gelecekteki veriler ve güncellenmiş simülasyonlarımızla, nihayetinde Heisenberg'in yaklaşık 90 yıl önce başlattığı arayışı tamamlayabiliriz."
"Vakum çift kırılması ve bir radyo manyetarının polarize X-ışını emisyonu" başlıklı makale Nature dergisinde yayımlandı.
