تلسكوب ناسا قد يعثر على دليل محتمل لنظرية كمومية عمرها 90 عامًا

قد يكون IXPE التابع لناسا قد التقط أحد أغرب تنبؤات الفيزياء الكمومية

تقول ناسا إن حملة مراقبة منسقة تركزت على المغناطيسار 1E 1547-5408 أنتجت أوضح إشارة حتى الآن لانكسار الفراغ المزدوج، وهو تأثير طال البحث عنه تنبأت به الديناميكا الكهربائية الكمومية قبل حوالي 90 عامًا. النتيجة، التي نُشرت في 5 أغسطس في مجلة Nature، لا تمثل حكمًا نهائيًا على هذه الظاهرة، لكنها تمثل خطوة ملحوظة في مجال كان الدليل المباشر فيه بعيد المنال.

المطالبة مهمة لأن الانكسار المزدوج للفراغ فكرة غير بديهية: في مجال مغناطيسي شديد، لا ينبغي أن يتصرف الفضاء الفارغ كما لو كان فارغًا حقًا. بدلاً من ذلك، تتنبأ النظرية الكمومية بأن الفراغ يصبح نشطًا بصريًا، مما يغير كيفية انتشار الضوء من خلاله. لقد تعامل الفيزيائيون مع ذلك كنتيجة حقيقية للبنية الكمومية للفضاء لعقود، لكن مراقبته مباشرة كانت صعبة للغاية لأن التأثير يصبح قابلاً للقياس فقط في بعض البيئات الأكثر تطرفًا في الكون.

توفر المغناطيسارات هذا النوع من البيئة بالضبط. هذه الأجسام هي نجوم نيوترونية، وهي بقايا فائقة الكثافة خلفتها النجوم الضخمة بعد موتها، ولكن مع مجالات مغناطيسية تتجاوز بكثير تلك الموجودة في النجوم النيوترونية العادية. تصف ناسا المغناطيسارات بأنها تمتلك أقوى المجالات المغناطيسية لأي جسم معروف في الكون المرئي. وهذا يجعلها مختبرات طبيعية لاختبار الفيزياء التي لا يمكن إعادة إنشائها على الأرض.

هدف نادر بإشارات مفيدة بشكل غير عادي

الهدف في هذه الحالة، 1E 1547-5408، هو مغناطيسار مثير للاهتمام بشكل خاص لأنه يصدر طاقة راديوية ساطعة وضوء أشعة سينية. يدور مرة كل حوالي 2.1 ثانية، مما يخلق هندسة مراقبة متكررة تسمح للباحثين بمراقبة كيفية تغير استقطاب إشعاعه أثناء دوران النجم. هذه التوقيعات المتغيرة للاستقطاب هي محور النتيجة الجديدة.

قالت ناسا إن العلماء استخدموا أكثر من 140 ساعة من الملاحظات التي تم جمعها بين مارس وأبريل 2025 باستخدام مستكشف تصوير استقطاب الأشعة السينية، أو IXPE. تضمنت الحملة أيضًا أداة NICER التابعة لناسا وMurriyang، تلسكوب CSIRO الراديوي في أستراليا. وفقًا للوكالة، كانت هذه أول قياس منسق لاستقطاب الراديو والأشعة السينية لمغناطيسار.

هذا التنسيق مهم لأن الاستقطاب يحمل معلومات حول الظروف الفيزيائية التي يواجهها الضوء في طريقه للخروج من البيئة المغناطيسية الشديدة للنجم. بدلاً من قياس سطوع المصدر فقط، يمكن للباحثين أن يسألوا عن مدى محاذاة الفوتونات الواردة وكيف يتغير هذا المحاذاة على مدى دوران النجم. في الأجسام المتطرفة، يمكن أن تكشف هذه الأنماط ما إذا كانت البيئة المحيطة تعدل الإشعاع بالطريقة التي تتنبأ بها النظرية.

قالت ناسا إن الاستقطاب المرصود من 1E 1547-5408 كان أكبر بنحو ثلاثة أضعاف مما شوهد في مصادر مماثلة. والأهم من ذلك، أن الاختلافات ظلت سلسة ومتماسكة على مدى فترة دوران المغناطيسار. معًا، أنتجت هذه الخصائص ما وصفته الوكالة بأوضح إشارة حتى الآن لانكسار الفراغ المزدوج.

لماذا هذا أكثر من مجرد إنجاز فلكي

تقع النتيجة عند تقاطع الفيزياء الفلكية والنظرية الأساسية. تم تصميم IXPE لقياس استقطاب الأشعة السينية، وهي قدرة تفتح نافذة جديدة على الأجسام عالية الطاقة مثل الثقوب السوداء والنجوم النابضة والمغناطيسارات. في هذه الحالة، يتم استخدام هذه القدرة ليس فقط لوصف نجم بعيد، ولكن لاستكشاف كيفية تصرف الحقول الكمومية تحت ضغط غير عادي.

ينبثق الانكسار المزدوج للفراغ من الديناميكا الكهربائية الكمومية، الإطار الذي يصف كيفية تفاعل الضوء والجسيمات المشحونة. في الظروف اليومية، يكون التأثير صغيرًا للغاية. ولكن بالقرب من المغناطيسار، حيث تصل المجالات المغناطيسية إلى أقصى الحدود التي تتجاوز بكثير أي شيء يمكن للبشر توليده في المختبر، تتنبأ النظرية بأن الفراغ يجب أن يتصرف تقريبًا مثل المنشور للاستقطاب، مما يغير طريقة انتقال اتجاهات الضوء المختلفة.

إذا صمد هذا التفسير، فإن المضاعفة ليست أن الفضاء مليء بمادة غير معروفة، ولكن أن الفراغ الكمومي نفسه له بنية قابلة للقياس عند تعرضه لحقول ساحقة. سيكون ذلك تأكيدًا مذهلاً على أن الأفكار التي تم تطويرها على الورق في أوائل القرن العشرين تصف سلوكًا حقيقيًا في الطبيعة.

كما سيسلط الضوء على دور المراصد الفضائية كأدوات للفيزياء الأساسية. تظل مسرعات الجسيمات والتجارب المختبرية ضرورية، لكن بعض أنظمة الطبيعة متاحة فقط في الكون. توفر المغناطيسارات، بحجم مدينة وكتلة نجمية، واحدة من الأماكن القليلة التي يمكن فيها دراسة هذه الأنظمة مباشرة.

ما لا يزال العلماء لا يعرفونه

حتى في صياغة ناسا، فإن النتيجة حذرة وليست مطلقة. تقول الوكالة إن IXPE "ربما أثبت" النظرية وتصف الإشارة بأنها الأقوى حتى الآن، وليست الكلمة الأخيرة. هذا الحذر مناسب. القياس الأول من نوعه، خاصة الذي يتضمن جسمًا غير عادي للغاية، لا يزال يتعين اختباره ضد تفسيرات بديلة، وافتراضات النمذجة، والملاحظات المستقبلية.

لا يزال الباحثون يعملون أيضًا على فهم سبب كون هذا المغناطيسار باعثًا قويًا ومستمرًا في كل من نطاقات الراديو والأشعة السينية. تلاحظ ناسا أن المصدر غير عادي لأسباب لا يزال العلماء يحاولون تفسيرها. هذا يعني أن نفس الجسم الذي يجعل الملاحظة ممكنة يقدم أيضًا تعقيدًا: هندسة مناطق الانبعاث، وبنية المجال المغناطيسي، وموقع البقع الساخنة السائدة للأشعة السينية كلها تؤثر على كيفية تفسير إشارة الاستقطاب.

ومع ذلك، فإن المعيار العلمي العملي هنا ليس الكمال بل التقدم. من خلال الجمع بين ملاحظات طويلة الأمد، وأدوات متعددة، وقياسات استقطاب عبر نطاقات الموجات، قام الفريق بتضييق الفجوة بين التنبؤ النظري والتوقيع الرصدي القابل للاختبار. في مجال تظل فيه العديد من الأفكار الشهيرة صعبة التحقق، هذا تقدم حقيقي.

لماذا تبرز هذه النتيجة الآن

يأتي الإعلان في وقت يتم فيه الحكم بشكل متزايد على المراصد الفضائية ليس فقط من خلال الصور التي تعيدها أو الكتالوجات التي تبنيها، ولكن من خلال الأسئلة الأساسية التي يمكنها الإجابة عنها. IXPE هي مهمة متخصصة نسبيًا مقارنة بتلسكوبات المسح الواسعة، ومع ذلك تظهر هذه النتيجة قيمة الأدوات الدقيقة التي تهدف إلى أنواع محددة من الفيزياء.

بالنسبة لناسا، هو أيضًا تذكير بأن بعض أهم الاكتشافات تأتي ليس من العثور على جسم جديد، ولكن من قياس جسم معروف بطريقة جديدة. تمت دراسة المغناطيسارات لسنوات. ما يتغير هنا هو جودة وتنسيق بيانات الاستقطاب، والتي يبدو أنها تدفع الأدلة إلى نطاق أكثر إقناعًا.

سواء كانت الملاحظات المستقبلية ستثبت في النهاية الاستنتاج أو تحسنه، فإن أهمية هذه الحملة واضحة بالفعل. لدى العلماء الآن مقبض رصدي أقوى على أحد أغرب تنبؤات النظرية الكمومية، مستخرج من نجم ميت بمجال مغناطيسي شديد لدرجة أن الفضاء الفارغ نفسه قد يتوقف مؤقتًا عن كونه فارغًا.

نقاط رئيسية

• رصد IXPE التابع لناسا المغناطيسار 1E 1547-5408 لأكثر من 140 ساعة في عام 2025.
• جمعت الحملة بين قياسات استقطاب الأشعة السينية والراديو، وهي الأولى من نوعها لمغناطيسار.
• تقول ناسا إن البيانات توفر أقوى إشارة حتى الآن لانكسار الفراغ المزدوج، وهو تنبؤ بالديناميكا الكهربائية الكمومية.
• النتيجة مهمة ولكنها لا تزال مؤطرة بحذر كدليل قد يؤكد نظرية قديمة.

هذا المقال مبني على تقارير من science.nasa.gov. اقرأ المقال الأصلي.