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有史以来第一次,一组科学家利用欧洲南方天文台(European Southern Observatory,ESO)的超大型望远镜(Very Large Telescope,VLT),观察到真空双折射(vacuum birefringence)。
这团队以单纯的可见光,观察到距离地球约4百光年的中子星RX J1856.5-375,把现有的望远镜技术推向极限。
比较没那么奇怪
真空双折射是一种怪异的量子现象,只有在原子规模上曾经被观察到。它发生在一颗中子星被一个相当强烈的磁场包围的时候,导致物质在一块空洞的太空区域随机出现和消失。
由于强烈磁场的关系,这种在真空中光的极化,首次在1930年代被物理学家Werner Heisenberg和Hans Heinrich Euler认为可能是量子电动力学(quantum electrodynamics,QED)理论的产物,这个理论描述光和物质如何相互作用。
现在,有史以来第一次,这种奇怪的量子效应被来自意大利国家天文物理研究所(INAF)米兰布雷拉天文台和波兰绿山大学(University of Zielona Gora)的科学家团队观察到。
使用欧洲南方天文台(European Southern Observatory,ESO)的超大型望远镜(Very Large Telescope,VLT),由Roberto Mignani领导的研究小组,观察距离地球约4百光年的中子星RX J1856.5-375。
中子星相当暗淡,但比太阳重10倍。因此,在表面和周围弥漫着极端强烈的磁场。
真空据说是空洞的太空(至少是根据爱因斯坦和牛顿),光线可以通过而不受抑制,或是不会改变。但根据量子电动力学,太空充满着虚拟粒子,不断地涌现和消失。像那些围绕中子星非常强烈的磁场,可以改变像真空这样的太空。
使用在超大型望远镜上的缩焦器低色散分光仪2号(FORS2)仪器,这些研究人员能够以只是可见光来观察中子星,把现有的望远镜技术推向极限。
更好的望远镜
研究超大型望远镜在这颗恒星上的数据,这些研究人员看见线性极化发生在大约16%的明显程度,这很可能是由于RX J1856.5-375周围区域的真空双折射所造成的。
Mignani说:“我们用超大型望远镜测量到的高线性[极化],无法很容易地被我们的模型解释,除非包含了由量子电动力学所预测的真空双折射效应。”
有鉴于使用的技术有限,Mignani认为,藉由研究其他的中子星,未来的望远镜能够发现更多有关类似的奇怪量子效应。他说:“以下一代望远镜来测量[极化],例如欧洲南方天文台的欧洲极大型望远镜(European Extremely Large Telescope,EELT),在测试对更多围绕中子星的真空双折射效应的量子电动力学预测上,扮演关键的角色。”
研究员Kinwah Wu说:“这种测量,现在首次在可见光下进行,也为在X射线波长下进行的类似测量铺路。”
这项研究由欧洲南方天文台发表。
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