Cet effet, connu sous le nom de «biréfringence sous vide», avait été prédit il y a 80 ans. Mais les astronomes n'ont pu le confirmer qu'en observant la lumière d'une étoile à neutrons faible.
Selon la physique quantique, l'espace vide n'est pas complètement vide - les particules virtuelles apparaissent à partir de la non-existence même dans les vides vides. Ils peuvent sembler être des visions fantomatiques, mais les astronomes pensent qu’ils sont maintenant capables de détecter les interférences causées par les particules virtuelles dans la faible lumière générée par la pépite étoilée dense de la substance en décomposition.
Il s’est avéré être une étoile à neutrons RX J1856.5-3754, située à environ 400 années-lumière de notre planète. Des chercheurs, utilisant le très grand télescope de l'ESO (VLT) dans le désert d'Atacama, au Chili, ont découvert l'effet quantique, prédit pour la première fois en 1930. On l'appelle «biréfringence sous vide» et la preuve de sa présence peut grandement affecter notre compréhension du fonctionnement de l'univers entier.
Il semblerait étrange que nous puissions mesurer les effets quantiques près de la surface d'une étoile à neutrons à des centaines d'années-lumière, mais nous devons étudier les «laboratoires» naturels les plus extrêmes de l'espace lointain afin de comprendre les phénomènes physiques infimes ayant un impact considérable sur les données astronomiques. Et dans le cas du RX J1856.5-3754, son puissant champ magnétique manipulerait des particules virtuelles et les sortirait du vide pour créer un effet de type prisme dans la faible lumière générée par une étoile à neutrons. Le phénomène des particules virtuelles réside dans de nombreuses théories astrophysiques curieuses. Il s’agit en particulier du mécanisme de radiation de Hawking, une théorie avancée par un physicien dans les années 1970, suggérant que les trous noirs sont capables de s’évaporer. Qu'il en soit ainsi et que les particules virtuelles jouent un certain rôle fait l'objet de débats animés. Comment ces phénomènes quantiques fantomatiques interagissant avec les champs magnétiques peuvent-ils avoir des effets observables?
En physique classique, si la lumière traverse le vide, elle reste inchangée. Cependant, si les preuves sont correctes et que les particules sont présentes dans le vide directement autour de l'étoile à neutrons, le champ magnétique commencera à interagir avec elles afin de manipuler la lumière lorsqu'elle les traverse. Cet effet est prédit par «électrodynamique quantique» - «KVED».
Il s’avère que le VLT a détecté une étrange polarisation de la lumière sortant d’une étoile à neutrons, ce qui suggère que la biréfringence dans le vide est entrée en jeu.
«Selon le CEA, un vide magnétisé se comporte comme un prisme de propagation de la lumière. Cet effet s'appelle biréfringence dans le vide », a déclaré le chercheur principal, Roberto Mignani, de l'INAF de Milan en Italie et de l'Université de Zelena Góra en Pologne.
«Cet effet ne peut être observé qu'en présence de champs magnétiques extrêmement puissants, tels que ceux entourant les étoiles à neutrons», a ajouté Roberto Turolla de l'Université de Padoue, en Italie. "Cela montre une fois de plus que les étoiles à neutrons sont des laboratoires inestimables pour l'étude des lois physiques fondamentales." Les étoiles à neutrons sont des restes d'étoiles avec une dixième masse de notre soleil. Quand ils manquent d’hydrogène, ils explosent comme une supernova. Il ne reste que la plupart du temps une sphère de neutrons minuscule et très dense. Fait intéressant, les étoiles à neutrons conservent le moment cinétique et le magnétisme de leurs étoiles mères, mais à des échelles plus extrêmes.
Les pulsars sont des étoiles à neutrons à rotation rapide, considérées comme «l'horloge» la plus précise de l'univers, clignotant à une vitesse constante. Ces facteurs font des étoiles à neutrons des lieux idéaux pour mesurer les effets de la théorie de la relativité générale et d'un champ magnétique puissant.
Et maintenant, avec leur aide, les astronomes veulent révéler les preuves de l'effet quantique, qu'ils ont théorisées il y a plus de 80 ans. Mais ce n'est que le début.
«Les mesures de polarisation effectuées par la prochaine génération de télescopes (comme le télescope incroyablement grand de l'ESO) peuvent jouer un rôle crucial dans le test de la prédiction QVED de la biréfringence dans le vide, a déclaré Mignani.
