la scoperta che cambia ciò che sappiamo sulla luce

Forze tanto potenti da curvare la luce in un mare ribollente di elettroni e positroni. Di questo sarebbe fatto il Cosmo, una scoperta fatta grazie alle Magnetar, le stelle iper-magnetiche

Il 5 agosto scorso, sulla rivista Nature, è apparso un articolo che si pone una delle domande che gli astronomi si pongono da più tempo: lo spazio vuoto lo è davvero? Ebbene, le osservazioni condotte su una stella morta e al tempo stesso intensamente magnetica forniscono la prova più convincente dell’esistenza di uno strano effetto quantistico per il quale lo spazio vuoto altererebbe il modo in cui la luce si propaga.

Una nuova prova conferma le teorie

Analizzando i segnali provenienti da quel corpo celeste, i ricercatori hanno trovato la prova, finora la più convincente, che campi magnetici estremi possono alterare le proprietà del vuoto, facendo sì che questo si comporti come una sorta di prisma e quindi modifichi il modo in cui la luce lo attraversa. E i primi risultati ottenuti dalla scienziata Rachael Stewart, studentessa del dottorato in Fisica presso la George Washington University, confermerebbero quanto ipotizzato per la prima volta 90 anni fa.

La Stewart ha dichiarato: «Le informazioni che abbiamo ottenuto osservando il nucleo di questa stella distante ci forniscono anche indizi sulla natura del tessuto della realtà come la conosciamo, e trovo che sia incredibile».

Heisenberg ipotizzò lo spazio subatomico

Come accennato, l’intuizione di questa teoria risale al 1936, quando il fisico tedesco Werner Heisenberg e il suo studente Hans Euler proposero che lo spazio non è mai veramente vuoto, sostenendo, invece, che si tratti di un mare ribollente di particelle virtuali – elettroni e le loro controparti di antimateria, i positroni – che appaiono e scompaiono, interagendo brevemente con l’ambiente circostante prima di svanire. Insomma: il Cosmo, laddove lo crediamo privo di materia, oltre a qualche gas vacante, presenterebbe una sorta di schiuma subatomica, conseguenza della meccanica quantistica, che risulta invisibile in condizioni normali.

Le magnetar alterano la luce usante

La teoria prevede che un campo magnetico estremamente forte, come quello attorno a un corpo celeste come i magnetar (dall’inglese magnetic e star, letteralmente stella magnetica), ovvero che possiede un enorme campo magnetico, miliardi di volte quello terrestre con alti livelli di emissioni elettromagnetiche, possa modificare il modo in cui la luce si propaga, causando un allineamento più intenso delle onde luminose in una particolare direzione, un effetto noto come bi-rifrangenza.

Marcus Lower, astrofisico della Swinburne University in Australia e coautore dello studio, ha dichiarato: «Rilevare la bi-rifrangenza del vuoto richiede un campo magnetico oltre cento milioni di volte più intenso di qualsiasi altro mai creato sulla Terra; per fortuna la natura ci ha fornito le magnetar, che sono i laboratori cosmici perfetti per andare alla ricerca di questo effetto». Un’altra coautrice dello studio, Michela Negro, astrofisica della Louisiana State University, sostiene: «Non stiamo più solo studiando oggetti astronomici; li stiamo usando per testare le leggi della natura».

Il telescopio Ixpe supera i limiti

Nel 2017 i ricercatori che utilizzavano il Very Large Telescope in Cile avevano osservato indizi di polarizzazione della luce attorno a una debole stella di neutroni chiamata RX J1856.5-3754, situata a circa 400 anni luce dalla Terra. Tuttavia, queste misurazioni ottiche rimasero aperte all’interpretazione, in parte a causa delle difficoltà nell’isolare il segnale ottico.

Gli scienziati osservarono che per una prova definitiva sarebbero stati necessari osservatori a raggi X spaziali, in particolare l’Imaging X-ray Polarimetry Explorer (Ixpe) della Nasa, che allora era ancora in fase di sviluppo. Lanciato poi nel 2021, Ixpe trasporta tre telescopi identici progettati per misurare la polarizzazione dei raggi X ad alta energia.

La stella 1E dimostra la bi-rifrangenza

Tra marzo e aprile 2025 i ricercatori avevano quindi puntato Ixpe verso 1E 1547-5408, una magnetar che ruota su se stessa ogni due secondi e che si distingue dalle altre per la sua emissione costante di onde radio, paragonando questi dati con osservazioni provenienti da un telescopio a raggi X a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, nonché dal radiotelescopio australiano di Murriyang e dal South African Radio Astronomy Observatory.

Risultò che i raggi X captati da Ixpe erano quasi tre volte più polarizzati rispetto a quelli emessi da sorgenti simili, un valore di gran lunga superiore a quello che i modelli standard dell’emissione superficiale di una stella di neutroni potrebbero spiegare da soli. In secondo luogo, la polarizzazione era orientata nella stessa direzione del campo magnetico della stella, corrispondendo al modello già osservato nelle sue onde radio. Così i ricercatori conclusero che questa combinazione aveva la bi-rifrangenza del vuoto come unica spiegazione plausibile.

Nuove missioni confermeranno i dati

Secondo il dottor Fernando Camilo, responsabile del South African Radio Astronomy Observatory e coautore dell’articolo pubblicato su Nature, la scoperta rappresenta il coronamento di un lungo percorso. Camilo studia il fenomeno dal 2007, anno in cui rilevò per la prima volta le sue onde radio utilizzando il telescopio spaziale Murriyang, rivelando la sua velocità di rotazione di due secondi.

«All’epoca, 1E-1547 era solo la seconda magnetar nella Via Lattea nota per emettere onde radio, ed eravamo fiduciosi che un monitoraggio regolare avrebbe rivelato comportamenti interessanti», spiega Camilo nel comunicato ufficiale della scoperta, «tuttavia, non avremmo mai potuto immaginare che vent’anni dopo avremmo contribuito a indagare una previsione fondamentale, e particolarmente singolare, della meccanica quantistica».

Il team spera di confermare la scoperta con i dati provenienti da future missioni, tra cui una orbitale chiamata Gosox (Globe Orbiting Soft X-ray Polarimeter), insieme a simulazioni computerizzate più accurate per distinguere il segnale di bi-rifrangenza del vuoto da altri processi che avvengono attorno alle magnetar.