Brittiska forskare har upptäckt att ljus kan "spontant generera" i närheten av stora neutronstjärnor och svarta hål på grund av kvantinteraktioner mellan vakuum och kosmiska strålar som passerar genom det. Deras resultat presenterades i tidskriften Physical Review Letters.
Idag tror forskare att vakuumet, till skillnad från vår vanliga tro, inte är en förkroppsligande av absolut tomhet och bara ett tomt utrymme. Det representerar, i enlighet med kvantfysikens lagar, ett ständigt upprört "hav" av ett oändligt antal ständigt födda och självförstörande par virtuella partiklar och antipartiklar. Deras interaktion, enligt fysiker, bör ha en speciell effekt på beteendet hos atomer och ljus.
Till exempel bör detta kvant "hav" ha en speciell effekt på polarisationen av ljus i närvaro av starka magnetfält, vilket får det att delas och polarisera på samma sätt som ljus uppför sig i vissa kristaller, vilket får det att delas upp i två strålar. Forskare har pratat om existensen av en sådan effekt sedan trettiotalet av förra seklet, men de har inte kunnat spela in det förr än nu.
Idag försöker astronomer hitta spår av dess existens genom att observera radiosignaler och andra typer av strålning som härrör från pulsars, "döda stjärnor" med extremt kraftfulla magnetfält.
Noble och hans kollegor har upptäckt en nyfiken manifestation av hur ett "hav" av icke-existerande partiklar som bebor tomrummet i vakuum kan manifestera sig i den verkliga världen och analysera vad som händer med laddade partiklar som passerar i närheten av "döda stjärnor".
Forskare uppmärksammade det faktum att kvantfluktuationer i vakuum och kraftfulla magnetiska fält av pulsars inte bara kommer att påverka beteendet hos ljuspartiklar, utan på ett speciellt sätt "bromsa" rörelsen för olika kosmiska strålar, accelererade till nära ljushastigheter.
Denna process, förklarar Noble, kommer att likna väsentligen en nyfiken effekt som upptäcktes av sovjetiska fysiker för nästan hundra år sedan. Tillbaka 1934 märkte Pavel Cherenkov och Sergei Vavilov, medan de experimenterade med gammastrålning, att när den hamnar i en vätska orsakar den en svag men tydligt märkbar glöd i det på grund av att gammastrålar slår ut elektroner och påskyndar dem till hastigheter som överstiger ljusets hastighet i vatten.
Under en lång tid trodde inte fysiker att Cherenkov-strålning kan uppstå i vakuum, eftersom ljusets hastighet inte kan överskridas. Beräkningar av brittiska fysiker visar att denna regel bryts när en kosmisk stråle eller en stråle av accelererade partiklar träffar en pulsars närhet eller en ljuspuls från en superkraftig laser.
Kampanjvideo:
I det senare fallet, som fysiker noterar, är det nödvändigt att bygga en extremt kraftfull laser som kan accelerera elektroner till energier som överstiger 1,3 teraelektronvolt, vilket hittills bara de mest kraftfulla kolliderna kan göra. Sådana ljuskällor, medger Noble, kommer inte att byggas ens i en avlägsen framtid.
Av denna anledning föreslår forskare att leta efter spår av förekomsten av detta fenomen i närheten av pulsarer, vars magnetfält är ungefär fem storleksordningar starkare än de elektriska fälten som genererar de mest kraftfulla lasrar som finns eller under konstruktion.
Enligt författarna till artikeln kan nästan alla högenergiska gammastrålar som härrör från millisekund pulsars genereras genom liknande kvantinteraktioner mellan vakuum och kosmiska strålar med hög energi.
Kan detta "spontana" ljus hittas? Enligt Noble och hans kollegor kan astrofysiker redan ha upptäckt spår av dess existens. Faktum är att Fermi gammastråleteleskop under 2009 visade att Mitten av Vintergatan producerar en ovanligt stor mängd gammastrålning, vars ljusstyrka i spektrumets högenergi del väsentligt överskred de teoretiskt förutsagda värdena.
Då trodde forskare att sönderfall av partiklar av mörkt material kunde ha genererat det, men senare tvivlade astronomer på detta, eftersom de inte hade hittat ett sådant överskott av strålning i den angränsande galaxen, Andromeda Nebula. Brittiska fysiker antar att det inte genererades av detta osynliga ämne, utan av det fenomen som de upptäckte.
