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在近期一项研究,天文学家借助磁星的天然极端磁场开展观测,为德国物理学家海森堡 9

在近期一项研究,天文学家借助磁星的天然极端磁场开展观测,为德国物理学家海森堡 90 年前提出的量子电动力学预言找到了迄今最有力证据:看似空无一物的真空,在超强磁场作用下能够改变光的传播特性,产生 “真空双折射” 效应。
由美国华盛顿大学、莱斯大学、NASA 戈达德太空飞行中心等机构组成的研究团队,利用 NASA 成像 X 射线偏振探测器,对编号 1E 1547.0-5408 的射电磁星开展观测,同时结合国际空间站 X 射线望远镜、澳大利亚帕克斯射电望远镜的数据综合分析。
磁星是大质量恒星爆炸后遗留的致密残骸,拥有宇宙已知最强磁场。理论表明,当磁场强度足够高时,真空不再是纯粹虚空,会呈现类似晶体的光学特性,不同偏振方向的光传播速度出现差异,进而改变 X 射线偏振特征。这种效应所需磁场强度,比地球实验室可制造的最强磁场高出一亿倍,地面实验无法实现。
本次观测目标 1E 1547.0-5408 每 2 秒自转一周,属于少数能够持续发射射电波的磁星。2025 年 3 至 4 月,科研团队将探测器对准该天体。观测结果显示,它的 X 射线偏振度接近同类天体的 3 倍,偏振方向与恒星磁场方向完全匹配,这一现象无法依靠现有的中子星表面辐射标准模型单独解释。
早在 1936 年,海森堡与其学生汉斯・欧拉就通过理论推导提出,强磁场可以让真空中的虚粒子干扰光的偏振,催生真空双折射。但受限于极端磁场条件无法在地球复刻,该预言长期停留在理论层面。2017 年,欧洲南方天文台甚大望远镜曾对中子星 RX J1856.5-3754 开展光学观测,但观测结果存在多种解读空间,未能形成定论。
本次研究融合 X 射线与射电波段协同观测,实现极化测量数据交叉验证。团队表示,观测到的高偏振度与偏振方向特征,只有在模型中纳入真空双折射变量才能够合理解释。这意味着人类首次利用这颗死亡恒星自带的极端强磁场,捕捉到真空双折射效应,证实了量子电动力学在 90 年前做出的理论预判。