对一颗极具磁性的死星的观测提供了迄今为止最强有力的证据，表明一种奇异的量子效应使得空旷的空间改变光的传播方式。 (图片来源：NASA/Pablo Garcia) 空旷的空间并不像它看上去的那样空。这是新研究的核心发现，该研究检查了一颗死星发出的信号，提供了研究人员所称的最强有力证据，表明极端的磁场可以改变真空的特性，使得看似空旷的空间表现得像一个棱镜，改变光在其中的传播方式。 这项研究由乔治·华盛顿大学的物理学研究生瑞切尔·斯图尔特（Rachael Stewart）领导，确认了一种奇怪效应的预测，该效应在90年前首次提出。“我们从观察这颗遥远的星核中获取的信息还给我们关于现实结构本质的线索，我觉得这令人难以置信，”斯图尔特在一份声明中说道。这个想法可以追溯到1936年，当时德国物理学家维尔纳·海森堡和他的学生汉斯·欧拉提出，空间从来不是完全空的。相反，他们认为，空间是一个“虚粒子”的翻腾海洋——电子及其反物质对应物正电子——这些粒子时隐时现，短暂地与周围环境互动后又消失。这种亚原子泡沫是量子力学的结果，在普通条件下是不可见的。但理论预言，极强的磁场，比如围绕磁星的磁场，可以改变光的移动方式，使光的波在特定方向上更强地对齐，这种效应被称为“真空双折射”。“探测真空双折射需要的磁场强度超过我们在地球上制造的任何一个磁场的1亿倍，”研究合著者、澳大利亚斯威本科技大学的天体物理学家马库斯·洛威（Marcus Lower）在另一份声明中说。“幸运的是，大自然为我们提供了磁星，它们是寻找这一效应的完美宇宙实验室。” 磁星是爆炸后留下的致密城市规模残骸，名列宇宙中最强的磁场。它们是能够产生足够强的场以揭示真空双折射的稀有天体，提供一个极端环境，以在无法在地球上复制的条件下测试物理。 “我们不再只是研究天体物体；我们在利用它们来检验自然法则，”研究合著者、路易斯安那州立大学的天体物理学家米凯拉·内格罗（Michela Negro）在一份声明中说。 天文学家以前捕捉到了这种难以捉摸现象的迹象，但并不确凿。在2017年，研究人员使用位于智利的非常大型望远镜观察到围绕一颗名为RX J1856.5-3754的微弱中子星的偏振线索，该星距离地球约400光年。然而，由于隔离光学信号的挑战，那些光学测量结果仍然存在解释的余地。当时，科学家们指出，确凿的证据需要太空探测器进行X射线观测，特别是美国宇航局即将推出的成像X射线偏振探测器（IXPE）。该探测器于2021年发射，携带三台相同的望远镜，旨在测量高能X射线的偏振。 “只有在过去六年左右的时间里，我们才能找到一台能够探测磁星周围这一下效应的望远镜，”洛威告诉澳大利亚独立新闻网站Michael West Media。 在2025年3月和4月，研究人员将IXPE指向1E 1547-5408，这是一颗每两秒旋转一次的磁星，并在其种类中因稳定发射无线电波而不同寻常。该团队还利用国际空间站上的X射线望远镜以及澳大利亚的Murriyang无线电望远镜和南非无线电天文台的数据补充了这些数据。 根据研究，两个发现指向真空双折射的作用。首先，IXPE探测到的X射线偏振度几乎是类似源的三倍，远高于标准模型所能单独解释的中子星表面发射的水平。其次，偏振方向与星的磁场方向一致，与其无线电波中已观察到的模式相匹配。研究人员得出结论，这种组合使得真空双折射成为数据的唯一合适解释。“这让人感到些许安心，因为这意味着我们的理论仍然有效，并且物理学没有出现问题，”洛威对Michael West Media新闻网站说。 IXPE观测站在太空中的艺术表现。(图片来源：NASA) 对于南非无线电天文台的首席科学家、此次新论文的合著者费尔南多·卡米洛（Fernando Camilo）而言，这一发现使一次漫长的旅程回归原点。自2007年首次使用Murriyang天文台探测到1E 1547-5408的无线电波以来，卡米洛一直在研究这颗星。