Effekten, känd som "vakuum dubbelbrytning", förutspåddes för 80 år sedan. Men astronomer kunde bara bekräfta det genom att observera ljuset av en svag neutronstjärna.
Enligt kvantfysiken är vakuumutrymmet inte helt tomt - virtuella partiklar uppträder från icke-existens även i tomma tomrum. De kan tyckas vara spöklika visioner, men astronomer tror att de nu kan märka störningar som orsakas av virtuella partiklar i det svaga ljuset som genereras av den täta stjärnnuggen av den sönderdelande substansen.
Det visade sig vara en neutronstjärna RX J1856.5-3754, som ligger ungefär 400 ljusår från vår planet. Forskare, med hjälp av ESO Very Large Telescope (VLT) i Atacama-öknen, Chile, upptäckte kvanteffekten, som förutspåddes först 1930. Det kallas "vacuum birefringence" och bevis på dess närvaro kan i hög grad påverka vår förståelse för hur hela universum fungerar.
Det verkar konstigt att vi kan mäta kvanteffekter nära en neutronstjärnas yta hundratals ljusår bort, men vi måste studera de mest extrema naturliga "laboratorierna" av djupt utrymme för att förstå små fysiska fenomen som har stor inverkan på astronomiska data. Och i fallet med RX J1856.5-3754 antas dess kraftfulla magnetfält att manipulera virtuella partiklar och dra dem ur vakuum för att skapa en prisma-liknande effekt i det svaga ljuset som genereras av en neutronstjärna. Fenomenet virtuella partiklar ligger i många nyfiken astrofysiska teorier. I synnerhet är det Hawking strålningsmekanismen, en teori framlagt av en fysiker på 1970-talet, vilket tyder på att svarta hål kan förångas. Huruvida detta är så och om virtuella partiklar spelar en viss roll förblir föremål för uppvärmd debatt. Hur kan dessa spöklika kvantfenomen som interagerar med magnetfält ha några observerbara effekter?
I klassisk fysik, om ljus passerar genom vakuum, förblir det oförändrat. Men om bevisen är korrekt och partiklarna är närvarande i ett vakuum direkt runt neutronstjärnan börjar magnetfältet interagera med dem för att manipulera ljuset när det passerar genom dem. Denna effekt förutses av "quantum electrodynamics" - "KVED".
Det visar sig att VLT upptäckte en märklig polarisering av ljuset som kommer ut ur en neutronstjärna, vilket tyder på att dammsubfringen kom i spel.
"Enligt CEA uppträder ett magnetiserat vakuum som ett prisma av ljusförökning. Den här effekten kallas vakuum dubbelbrytning, säger ledande forskare Roberto Mignani från INAF Milan i Italien och universitetet i Zelena Góra i Polen.
"Den här effekten kan noteras endast i närvaro av otroligt starka magnetfält, som de omgivande neutronstjärnorna", tillade Roberto Turolla från University of Padua, Italien. "Detta visar återigen att neutronstjärnor är ovärderliga laboratorier för studier av grundläggande fysiska lagar." Neutronstjärnor är rester av stjärnor med en tiondel av vår Sun. När de löper ut ur vätebränsle finns det en explosion som en supernova. Endast en liten och mycket tät sfär av neutroner kvarstår (mestadels). Intressant nog behåller neutronstjärnor vinkelmomentet och magnetismen hos sina förälderstjärnor, endast på mer extrema skalor.
Pulsars är snabbt roterande neutronstjärnor, som anses vara den mest exakta "klockan" i universum och blinkar med konstant hastighet. Dessa faktorer gör neutronstjärnor idealiska ställen för att mäta effekterna av den allmänna relativitetsteorin och ett starkt magnetfält.
Och nu med astronomer vill de avslöja bevisen för kvanteffekten, som de teoretiserade för över 80 år sedan. Men det här är bara början.
"Polarisationsmätningar av nästa generations teleskop (som ESO Incredibly Large Telescope) kan spela en avgörande roll för att testa QVED-förutsägelsen av vakuumdirektivet, säger Mignani.
