Britse wetenschappers hebben ontdekt dat licht "spontaan kan ontstaan" in de buurt van grote neutronensterren en zwarte gaten als gevolg van kwantuminteracties tussen het vacuüm en de kosmische straling die erdoorheen gaat. Hun bevindingen werden gepresenteerd in het tijdschrift Physical Review Letters.
Tegenwoordig geloven wetenschappers dat het vacuüm, in tegenstelling tot onze algemene opvattingen, niet de belichaming is van absolute leegte en slechts een lege ruimte. Het vertegenwoordigt, in overeenstemming met de wetten van de kwantumfysica, een constant geagiteerde "zee" van een oneindig aantal constant geboren en zelfvernietigende paren van virtuele deeltjes en antideeltjes. Hun interactie zou volgens natuurkundigen een speciaal effect moeten hebben op het gedrag van atomen en licht.
Deze kwantum "zee" zou bijvoorbeeld een speciaal effect moeten hebben op de polarisatie van licht in de aanwezigheid van sterke magnetische velden, waardoor het splitst en polariseert op dezelfde manier als licht zich gedraagt in sommige kristallen, waardoor het in twee bundels splitst. Wetenschappers praten al sinds de jaren dertig van de vorige eeuw over het bestaan van een dergelijk effect, maar hebben het tot nu toe niet kunnen vastleggen.
Tegenwoordig proberen astronomen sporen van zijn bestaan te vinden door radiosignalen en andere soorten straling te observeren die afkomstig zijn van pulsars, "dode sterren" met extreem krachtige magnetische velden.
Noble en zijn collega's hebben een andere merkwaardige manifestatie ontdekt van hoe een "zee" van niet-bestaande deeltjes die in de leegte van vacuüm leven, zich kan manifesteren in de echte wereld, door te analyseren wat er gebeurt met geladen deeltjes die door de buurt van "dode sterren" gaan.
Wetenschappers vestigden de aandacht op het feit dat kwantumfluctuaties van het vacuüm en krachtige magnetische velden van pulsars niet alleen het gedrag van lichtdeeltjes zullen beïnvloeden, maar op een speciale manier de beweging van verschillende kosmische straling, versneld tot bijna-lichtsnelheden, "vertragen".
Dit proces, legt Noble uit, zal in wezen erg lijken op een merkwaardig effect dat bijna honderd jaar geleden door Sovjetfysici werd ontdekt. Al in 1934 merkten Pavel Cherenkov en Sergei Vavilov, terwijl ze experimenteerden met gammastraling, dat wanneer het in een vloeistof terechtkomt, het een zwakke maar duidelijk waarneembare gloed veroorzaakt doordat gammastralen elektronen uitschakelen en versnellen tot snelheden die de lichtsnelheid in water.
Natuurkundigen geloofden lange tijd niet dat Cherenkov-straling in een vacuüm kan ontstaan, omdat de lichtsnelheid daarin niet kan worden overschreden. Berekeningen door Britse natuurkundigen laten zien dat deze regel wordt geschonden wanneer een kosmische straal of een bundel versnelde deeltjes de nabijheid van een pulsar of een lichtpuls van een superkrachtige laser raakt.
Promotie video:
In het laatste geval is het, zoals natuurkundigen opmerken, nodig om een extreem krachtige laser te bouwen die in staat is elektronen te versnellen tot energieën van meer dan 1,3 tera-elektronvolt, wat tot nu toe alleen de krachtigste colliders kunnen. Dergelijke lichtbronnen, geeft Noble toe, zullen zelfs in de verre toekomst niet worden gebouwd.
Om deze reden stellen wetenschappers voor om sporen van het bestaan van dit fenomeen te zoeken in de buurt van pulsars, waarvan de magnetische velden ongeveer vijf ordes van grootte sterker zijn dan die elektrische velden die de krachtigste lasers genereren die er zijn of in aanbouw zijn.
Volgens de auteurs van het artikel kunnen vrijwel alle hoogenergetische gammastraling die afkomstig is van milliseconde-pulsars worden gegenereerd door vergelijkbare kwantuminteracties tussen vacuüm- en hoogenergetische kosmische straling.
Is dit "spontane" licht te vinden? Volgens Noble en zijn collega's hebben astrofysici mogelijk al sporen van het bestaan ervan ontdekt. Feit is dat de Fermi-gammastralingstelescoop in 2009 aantoonde dat het centrum van de Melkweg een ongewoon grote hoeveelheid gammastraling produceert, waarvan de helderheid in het hoogenergetische deel van het spectrum de theoretisch voorspelde waarden aanzienlijk overschreed.
Toen dachten wetenschappers dat het verval van donkere materiedeeltjes het had kunnen veroorzaken, maar latere astronomen twijfelden hieraan, omdat ze niet zo'n overmaat aan straling in het naburige sterrenstelsel, de Andromedanevel, hadden gevonden. Britse natuurkundigen gaan ervan uit dat het niet door deze onzichtbare substantie werd gegenereerd, maar door het fenomeen dat ze ontdekten.
