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Una magnetar offre nuovi indizi su un segreto del vuoto
Un gruppo internazionale di ricercatori ha misurato la polarizzazione dei raggi X emessi dalla magnetar 1E 1547.0−5408, coordinando le osservazioni con dati radio. Lo studio, pubblicato su Nature, ha rilevato caratteristiche difficili da spiegare con i modelli standard di emissione superficiale e compatibili con un effetto quantistico del vuoto previsto da decenni, ma non ancora confermato in modo definitivo.
Le magnetar sono stelle di neutroni isolate dotate di campi magnetici superficiali superiori a 1014 gauss. In condizioni tanto estreme, il vuoto non dovrebbe comportarsi come uno spazio otticamente neutro: il campo magnetico può produrre indici di rifrazione differenti a seconda della polarizzazione della luce. Il fenomeno prende il nome di birifrangenza del vuoto e rappresenta una delle conseguenze più peculiari della fisica quantistica in presenza di campi intensissimi.
Per esaminare il fenomeno, gli scienziati hanno combinato le misure del telescopio spaziale IXPE, progettato per studiare la polarizzazione dei raggi X, con quelle dell’osservatorio orbitale NICER. Le osservazioni radio sono state invece effettuate con il radiotelescopio Murriyang/Parkes. Questa strategia ha permesso di analizzare il segnale in funzione sia dell’energia dei fotoni sia della fase di rotazione della magnetar.
Nella porzione più morbida dello spettro X, dominata dall’emissione termica, il grado medio di polarizzazione ha raggiunto il 65% a 2 keV, per poi diminuire sensibilmente tra 2 e 4 keV. In alcune fasi della rotazione, la polarizzazione misurata nella banda compresa tra 2 e 3 keV è salita a quasi l’80%. Il valore è inoltre rimasto superiore a circa il 40% durante l’attraversamento del fascio radio.
Anche l’orientamento della polarizzazione fornisce un elemento utile. Gli angoli misurati nei raggi X e nelle onde radio risultano entrambi coerenti con il modello del vettore rotante, nel quale la direzione osservata cambia mentre il campo magnetico inclinato della stella ruota. La corrispondenza suggerisce che le geometrie delle due emissioni seguano la struttura magnetica della magnetar su larga scala.
Secondo gli autori, i modelli nei quali la luce prodotta sulla superficie si propaga fino all’osservatore senza effetti rifrattivi non riproducono facilmente l’insieme dei dati. Una propagazione nella magnetosfera governata dalla elettrodinamica quantistica può invece spiegare naturalmente sia gli elevati livelli di polarizzazione sia il loro andamento con l’energia e con la rotazione della stella.
I risultati non costituiscono ancora una dimostrazione conclusiva della birifrangenza del vuoto: mostrano una compatibilità particolarmente forte tra le osservazioni e la previsione teorica. Ulteriori misure polarimetriche di magnetar, accompagnate da modelli più dettagliati della superficie e della magnetosfera, serviranno a verificare se la stessa firma emerga in altri oggetti e in differenti stati di emissione.
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