Un equipo internacional de científicos obtuvo nuevas evidencias de que el vacío puede modificar la propagación de la luz cuando está sometido a campos magnéticos extremadamente intensos. El fenómeno, conocido como birrefringencia del vacío, había sido anticipado por la física cuántica hace aproximadamente 90 años, pero las condiciones necesarias para observarlo resultan imposibles de reproducir actualmente en laboratorios terrestres. La investigación utilizó para ello un magnetar, uno de los objetos con los campos magnéticos más poderosos conocidos.

El trabajo fue encabezado por Rachael Stewart, investigadora de la Universidad George Washington, y publicado en la revista Nature. Los científicos analizaron la radiación procedente del magnetar 1E 1547-5408 y encontraron un patrón de polarización compatible con las predicciones de la electrodinámica cuántica.

El resultado aporta evidencia de que el vacío no se comporta simplemente como una ausencia absoluta de materia. En física cuántica representa el estado de menor energía posible de los campos y puede presentar efectos observables bajo determinadas condiciones extremas.

Por qué el vacío puede afectar a la luz

La idea de que el vacío tenga propiedades físicas resulta poco intuitiva. Sin embargo, la teoría cuántica describe los campos fundamentales como presentes incluso cuando una región no contiene partículas convencionales. Sus fluctuaciones pueden producir efectos medibles y modificar la manera en que otras partículas o la radiación interactúan con ese espacio.

En 1936, Werner Heisenberg y Hans Euler desarrollaron una descripción teórica según la cual un campo magnético suficientemente intenso puede alterar las propiedades ópticas del vacío. Bajo esas condiciones, distintas polarizaciones de la luz no se propagarían exactamente de la misma manera.

El efecto puede compararse parcialmente con lo que ocurre cuando la luz atraviesa determinados cristales, aunque en este caso no existe un material convencional. El propio vacío adquiere propiedades ópticas debido a la interacción entre los fotones y los campos cuánticos.

El problema era la intensidad necesaria para que el fenómeno pudiera ser detectado. Marcus Lower, astrofísico de la Universidad de Swinburne, explicó que se necesitan campos magnéticos más de 100 millones de veces superiores a los que pueden producirse artificialmente en la Tierra.

Los magnetares funcionan como laboratorios naturales

Los magnetares son estrellas de neutrones extremadamente densas que permanecen después de la muerte de algunas estrellas masivas. Aunque pueden tener un diámetro comparable al de una ciudad, concentran una enorme cantidad de materia y generan campos magnéticos extraordinariamente intensos.

Estas características los convierten en laboratorios naturales para estudiar fenómenos que no pueden recrearse mediante la tecnología disponible. El objeto seleccionado para la investigación, 1E 1547-5408, gira aproximadamente una vez cada dos segundos y también produce emisiones de radio.

Entre marzo y abril de 2025, los investigadores utilizaron el Explorador de Polarimetría de Rayos X por Imágenes (IXPE) de la NASA para observarlo. Los datos fueron combinados con mediciones realizadas desde la Estación Espacial Internacional y con radiotelescopios ubicados en Australia y Sudáfrica.

El equipo encontró dos características principales. Los rayos X presentaban un grado de polarización cercano a tres veces el observado en fuentes comparables y, además, su orientación coincidía con la geometría del campo magnético del magnetar y con el patrón registrado en las ondas de radio.

Una predicción difícil de comprobar durante décadas

Las señales de birrefringencia del vacío habían sido buscadas anteriormente. En 2017, observaciones realizadas con el Very Large Telescope en Chile detectaron una polarización particular alrededor de otra estrella de neutrones, aunque los datos no permitieron establecer una conclusión suficientemente sólida.

La llegada de observatorios especializados en polarimetría de rayos X permitió realizar mediciones mucho más precisas. El IXPE, lanzado en 2021, fue diseñado precisamente para estudiar la orientación de la radiación de alta energía procedente de objetos astronómicos.

Según los autores del nuevo estudio, la combinación de los datos obtenidos alrededor de 1E 1547-5408 coincide con el comportamiento esperado si el vacío estuviera modificando la propagación de la radiación. «La información que hemos obtenido al observar el núcleo de esta estrella distante también nos da pistas sobre la naturaleza del tejido de la realidad», señaló Stewart.

Lower destacó que la observación respalda las teorías utilizadas actualmente para describir estos fenómenos extremos. El resultado no significa que se hayan resuelto todos los interrogantes relacionados con el vacío cuántico, pero permite poner a prueba una predicción que permaneció fuera del alcance experimental durante décadas.

Qué puede aportar el descubrimiento

La confirmación de la birrefringencia del vacío permite estudiar la electrodinámica cuántica en condiciones mucho más extremas que las disponibles en la Tierra. También ofrece una nueva herramienta para analizar las propiedades de los magnetares y reconstruir la geometría de sus campos magnéticos.

Los investigadores esperan que futuras misiones de polarimetría de rayos X y modelos computacionales más precisos permitan separar todavía mejor este efecto de otros procesos que pueden producir polarización alrededor de estrellas de neutrones.

El estudio tampoco implica que el espacio vacío esté lleno de materia convencional. En el marco de la teoría cuántica, lo que muestra es que incluso el estado de menor energía de los campos posee propiedades físicas capaces de producir efectos observables.

Casi nueve décadas después de las predicciones de Heisenberg y Euler, los magnetares proporcionaron las condiciones necesarias para comprobarlas con observaciones astronómicas. El resultado convierte a algunos de los objetos más extremos del universo en herramientas para estudiar propiedades fundamentales del propio vacío.