Per la fisica è vuoto, ma in condizioni estreme potrebbe non comportarsi affatto come tale. Un segnale raccolto nello spazio porta gli scienziati più vicino che mai all’osservazione di un effetto quantistico previsto nel 1936.
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La parte più sorprendente della scoperta non è ciò che accade sulla superficie di una stella. È ciò che potrebbe accadere nello spazio apparentemente vuoto che la circonda.
In condizioni normali non potremmo accorgercene. Ma vicino a una magnetar, una delle stelle più magnetiche dell’Universo, le regole diventano estreme. Ed è proprio osservando 1E 1547.0−5408 che il telescopio spaziale IXPE ha raccolto quello che la NASA definisce il segnale più convincente finora della cosiddetta “birefringenza del vuoto”. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Nature.
Un effetto previsto nel 1936
L’idea nasce dalla teoria quantistica dell’elettromagnetismo. Già nel 1936 Werner Heisenberg e Hans Heinrich Euler avevano descritto un comportamento apparentemente paradossale: in presenza di campi magnetici enormemente intensi, anche il vuoto può influire sulla propagazione della luce.
Non diventa materia e non si trasforma letteralmente in vetro. Ma può assumere proprietà ottiche differenti a seconda della polarizzazione della radiazione che lo attraversa. Per rendere intuitivo l’effetto, la NASA utilizza un’immagine efficace: in quelle condizioni il vuoto può comportarsi in parte come una lente o un prisma.
Il problema è che sulla Terra non possiamo riprodurre facilmente campi magnetici abbastanza potenti da osservare l’effetto in quelle condizioni. Le magnetar diventano allora laboratori naturali impossibili da costruire.
La magnetar che ha messo IXPE alla prova
1E 1547.0−5408 è ciò che resta del nucleo di una stella massiccia. Ruota su se stessa in poco più di due secondi ed è circondata da un campo magnetico oltre mille miliardi di volte più intenso di quello terrestre.
IXPE l’ha osservata per più di 140 ore tra marzo e aprile 2025, insieme al telescopio NICER della NASA e al radiotelescopio australiano Murriyang/Parkes. È stata la prima osservazione coordinata di una magnetar capace di misurarne contemporaneamente la polarizzazione nei raggi X e nelle onde radio.
Ed è qui che è comparsa l’anomalia.
Il grado di polarizzazione dei raggi X è risultato molto più elevato di quanto previsto dai modelli standard. Intorno ai 2 keV il valore medio arriva al 65% e, in alcune fasi della rotazione della magnetar, sfiora l’80%.
Non è soltanto un numero molto alto. È soprattutto un valore difficile da ottenere se la luce viaggia dalla superficie della stella fino a noi senza subire un ulteriore effetto.
Quando nel modello entra il vuoto, i dati tornano
I ricercatori hanno quindi simulato la propagazione della radiazione nelle condizioni estreme presenti attorno alla magnetar.
I normali modelli di emissione dalla superficie non riescono a spiegare completamente ciò che IXPE ha visto. Quando invece nelle simulazioni viene inclusa la birefringenza del vuoto, l’andamento della polarizzazione osservata nei raggi X può essere riprodotto in modo naturale e risulta compatibile anche con i vincoli forniti dalle osservazioni radio.
È questo il passaggio che rende il risultato importante.
Non siamo di fronte all’annuncio di una nuova teoria, ma alla possibilità di aver finalmente visto in azione una conseguenza della fisica quantistica formulata novant’anni fa e cercata per decenni.
Gli stessi autori dello studio mantengono però la necessaria cautela. Nature parla di un importante passo avanti nella verifica della previsione, mentre la NASA afferma che potrebbe trattarsi della prima osservazione diretta dell’effetto. Ulteriori osservazioni di IXPE dovranno rafforzare il risultato.
Nel telescopio che ha visto il segnale c’è un cuore italiano
La scoperta ha anche un legame diretto con l’Italia. IXPE, Imaging X-ray Polarimetry Explorer, è una missione congiunta della NASA e dell’Agenzia Spaziale Italiana.
E il contributo italiano non si limita alla partecipazione istituzionale. I tre rivelatori Gas Pixel Detector installati a bordo sono stati finanziati dall’ASI e sviluppati e costruiti con il contributo di INFN e INAF. Sono proprio questi strumenti a permettere a IXPE di studiare la polarizzazione dei raggi X provenienti dagli oggetti più estremi del cosmo.
Una tecnologia nata anche nei laboratori italiani ha quindi contribuito a catturare un possibile segnale di qualcosa che nessun laboratorio terrestre riesce ancora a osservare nelle stesse condizioni.
Ed è forse questa la parte più affascinante della storia: per capire come si comporta il vuoto, i fisici hanno dovuto guardare uno degli ambienti meno vuoti di conseguenze che si possano immaginare.
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