Astrónomos encuentran posibles señales cósmicas de una extraña propiedad cuántica

La luz emitida por una estrella de neutrones muy densa y magnetizada parece haber revelado los primeros indicios de un extraño efecto cuántico predicho por primera vez en la década de 1930. La polarización de la luz observada, gracias al telescopio VLT del European Southern Observatory, sugiere que el espacio vacío que hay alrededor de la estrella de neutrones está sujeto a un efecto cuántico conocido como birrefringencia de vacío.

Un equipo dirigido por Roberto Mignani, de INAF Milán (Italia) y de la Universidad de Zielona Gora (Polonia), utilizó el VLT, instalado en el Observatorio Paranal (Chile), para observar la estrella de neutrones RX J1856.5-3754, a unos 400 años luz de la Tierra.

A pesar de estar entre las estrellas de neutrones más cercanas, su extrema oscuridad hizo que los astrónomos sólo pudieran observarla en luz visible utilizando el instrumento FORS2, instalado en el VLT, en los límites de la tecnología de telescopios actual.

Las estrellas de neutrones son los densos núcleos remanentes de estrellas masivas (al menos 10 veces más masivas que nuestro Sol) que han estallado como supernovas al final de sus vidas. También tienen campos magnéticos muy extremos, miles de millones de veces más fuertes que los del Sol, que impregnan su superficie exterior y sus alrededores.

Estos campos son tan fuertes que incluso afectan a las propiedades del espacio vacío que hay alrededor de la estrella. Se cree que, normalmente, el vacío está completamente vacío, y que la luz puede viajar a través de él sin sufrir ningún cambio. Pero en la electrodinámica cuántica, la teoría cuántica que describe la interacción entre fotones de luz y partículas cargadas, como electrones, el espacio está lleno de partículas virtuales que aparecen y desaparecen todo el tiempo. Los campos magnéticos muy fuertes puede modificar este espacio, lo que afecta a la polarización de la luz que pasa a través de él.

Mignani, explica: "De acuerdo con la electrodinámica cuántica, un vacío altamente magnetizado se comporta como un prisma lo hace con la propagación de la luz, un efecto conocido como birrefringencia de vacío".

Sin embargo, hasta ahora, de entre las muchas predicciones de la electrodinámica cuántica, la birrefringencia de vacío carecía de una demostración experimental directa. Los intentos de detectarla en el laboratorio no han tenido éxito en los años 80 desde que se predijo en un artículo por Werner Heisenberg (conocido por formular el principio de incertidumbre) y Hans Heinrich Euler.

"Este efecto puede detectarse solamente en presencia de campos magnéticos enormemente fuertes, como los que hay alrededor de 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 (Universidad de Padua, Italia).

Tras un cuidadoso análisis de los datos del VLT, Mignani y su equipo detectaron polarización lineal (en un grado significativo de alrededor del 16%) debida probablemente, según los investigadores, al efecto impulsor de birrefringencia de vacío en el área de espacio vacío que rodea a RX J1856.5-3754.

Vincenzo Testa (INAF, Roma, Italia), comenta: "Es el objeto más débil en el que se ha medido nunca la polarización. Requiere uno de los telescopios más grandes y más eficientes del mundo, el VLT, y técnicas precisas de análisis de datos para mejorar la señal de una estrella tan débil".

"La alta polarización lineal que medimos con el VLT no puede explicarse fácilmente con nuestros modelos, a menos que incluyamos los efectos de birrefringencia de vacío predichos", agrega Mignani.

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