Ein Magnetar in unserer Galaxie könnte einen der deutlichsten Hinweise auf einen seit den 1930er-Jahren vorhergesagten Quanteneffekt liefern. Bei der Beobachtung der Polarisation seiner Röntgenstrahlen fand ein Team ein Verhalten, das ohne die Vakuum-Doppelbrechung nur schwer zu reproduzieren ist. Dieses Phänomen ließe das Vakuum selbst auf ein extremes Magnetfeld reagieren.
Ein Magnetar ist ein Neutronenstern mit einem gigantischen Magnetfeld. Das untersuchte Objekt, 1E 1547.0-5408, sendet auch Radiowellen aus. Sein Oberflächenmagnetfeld übersteigt 1010 Tesla, Intensitäten, die sich im Labor nicht dauerhaft erzeugen lassen.
Magnetare gehören zu den exotischsten Objekten des Universums.
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Bei solchen Feldstärken sagt die Quantenelektrodynamik voraus, dass sich das Vakuum nicht mehr genau wie ein leerer, passiver Raum verhält. Quantenfluktuationen verändern die Ausbreitung des Lichts geringfügig. Je nach Polarisationsrichtung durchläuft das Licht das Magnetfeld dann nicht auf dieselbe Weise: das ist die Vakuum-Doppelbrechung.
Um nach dieser Signatur zu suchen, nutzten die Forscher den Satelliten IXPE, der auf die Polarisation von Röntgenstrahlen spezialisiert ist. Die Beobachtungen wurden durch das Weltraumteleskop NICER und durch Radiomessungen des Parkes-Radioteleskops in Australien ergänzt. Diese Kombination hilft, die Geometrie des Sterns und die Ausrichtung seines Feldes einzugrenzen.
Ohne Vakuum-Doppelbrechung gelingt es den Modellen nicht, die Gesamtheit der Messungen und geometrischen Randbedingungen konsistent zu reproduzieren. Der erwartete Effekt wirkt so, als ob das Vakuum je nach Polarisation zwei leicht unterschiedliche optische Wege vorgäbe. Auf der Skala eines Magnetars kann dieser kleine Unterschied das letztendlich empfangene Signal stark verändern.
Gleichwohl ist Vorsicht geboten. Es handelt sich nicht um ein Laborexperiment, bei dem ein einzelner Parameter nach Belieben isoliert werden kann. Die Schlussfolgerungen hängen auch von den Modellen der Atmosphäre und Magnetosphäre ab, die zur Interpretation der Daten verwendet werden. Künftige polarimetrische Beobachtungen an diesem Magnetar und anderen Neutronensternen müssen prüfen, ob dieselbe Signatur in unterschiedlichen Konfigurationen erneut auftritt.