Astronomen, die das NASA-Teleskop IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) nutzen, haben den bislang überzeugendsten Beleg für eine vor 90 Jahren gemachte Vorhersage geliefert: dass leerer Raum selbst Licht biegen und filtern kann, wenn er extremen Magnetfeldern ausgesetzt ist. Die Ergebnisse wurden am Mittwoch in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.
Zwischen März und April 2025 beobachtete das Team den Magnetar 1E 1547.0-5408 — einen schnell rotierenden Neutronenstern mit Magnetfeldern, die etwa eine Billion Mal stärker sind als die der Erde — über 140 Stunden lang mit IXPE, dem NASA-Teleskop NICER und Murriyang, dem Parkes-Radioteleskop der CSIRO in Australien. Es war die erste koordinierte Radio- und Röntgenpolarisationsmessung eines Magnetars überhaupt.
Die Beobachtungen zeigten, dass die Polarisation der eintreffenden Röntgenstrahlung — die Ausrichtung der Photonen — fast dreimal so hoch war wie bei ähnlichen Quellen. Das war überraschend: Die Geometrie der Magnetfelder des Magnetars legte nahe, dass die Messung an bestimmten Punkten nahe Null liegen sollte, und Standardmodelle der Oberflächenemission können einen so hohen Wert nicht erklären. Etwas anderes, so das Fazit des Teams, müsse die Polarisation verstärken.
Der wahrscheinlichste Kandidat ist die Vakuum-Doppelbrechung, eine Theorie, die 1936 im Rahmen der Quantenelektrodynamik erstmals vorgeschlagen wurde. Sie besagt, dass das Vakuum unter Magnetfeldern, die weit stärker sind als alles auf der Erde Machbare, wie eine Linse oder ein Prisma wirkt: Es filtert Licht je nach Ausbreitungsrichtung und verstärkt so die Gesamtpolarisation. Simulationen des Teams, darunter Co-Leitautor Hoa Dinh Thi von der Rice University, stützen diese Deutung.
„Unser Modell legt nahe, dass die Reproduktion der beobachteten Röntgenpolarisationssignaturen das Vorhandensein von Vakuum-Doppelbrechung in der Umgebung des Neutronensterns erfordert“, sagte Dinh Thi. „Dieser Befund zeigt beispielhaft, wie Neutronensterne es uns ermöglichen, fundamentale Physik in Umgebungen zu testen, die in Labors auf der Erde nicht nachbildbar sind.“ Rachael Stewart, Doktorandin an der George Washington University und Leitautorin der Nature-Studie, ergänzte: „Die Informationen, die wir von diesem fernen Sternkern erhalten, geben uns auch Hinweise auf die Beschaffenheit des Gewebes der Realität, wie wir sie kennen.“ Weitere IXPE-Beobachtungen dieses und anderer Magnetare sollen das Signal bestätigen und weitere exotische Effekte der Quantenelektrodynamik aufdecken.
