W odległym zakątku wszechświata coś podróżuje szybciej niż światło.
Nie, prawa fizyki nie są łamane: nadal jest prawdą, że nic nie może podróżować szybciej niż światło w próżni pustej przestrzeni. Ale kiedy światło przepływa przez materię, jak gaz międzygwiezdny lub zupa naładowanych cząstek, zwalnia, co oznacza, że inna materia może go wyprzedzić. To może tłumaczyć dziwną symetrię pulsów jednych z najbardziej energetycznych świateł we wszechświecie, zwanych rozbłyskami gamma.
Te tajemnicze rozbłyski - jasne błyski światła gamma, które pochodzą z odległych galaktyk - powstają, gdy zapadają się masywne gwiazdy lub zderzają się ultradężne gwiazdy neutronowe. Kataklizmy te wysyłają pędzące strumienie gorącej, naładowanej plazmy zbliżającej się w przestrzeni.
Ale te sygnały mają dziwną symetrię, a powodem, dla którego tak robią, pozostaje tajemnica.
Promień gamma nie rozjaśnia się i nie przyciemnia w jednym stałym szczycie, ale zamiast migoczącego wzoru, powiedział Jon Hakkila, astrofizyk z College of Charleston w Południowej Karolinie.
Hakkila pracował nad tą łamigłówką od lat. Teraz on i współpracownik mają rozwiązanie: plazma podróżująca zarówno wolniej, jak i szybciej niż prędkość światła może wyjaśnić ten migotliwy wzór, jak informują w artykule opublikowanym 23 września w The Astrophysical Journal. Jeśli mają rację, może pomóc nam zrozumieć, co faktycznie wytwarza te promienie gamma.
„Uważam to za wielki krok naprzód”, który łączy zjawiska małej skali w plazmie z naszymi obserwacjami na dużą skalę, powiedział Dieter Hartmann, astrofizyk z Clemson University, który nie był zaangażowany w badanie.
W ciągu ostatnich kilku lat Hakkila odkrył, że rozbłyski gamma mają niewielkie wahania jasności ponad ogólnym rozjaśnieniem i przyciemnieniem. Jeśli odejmiesz nadrzędne rozjaśnianie i ściemnianie, pozostanie Ci seria mniejszych pików - jeden główny pik z mniejszymi pikami w jasności przed i po. A ten wzór jest dziwnie symetryczny. Jeśli „złożysz” wzór na głównym szczycie i rozciągniesz jedną stronę, obie strony będą pasować wyjątkowo dobrze. Innymi słowy, lekki wzór impulsu rozbłysku gamma wskazuje na zbiór lustrzanych zdarzeń.
„Cokolwiek wydarzyło się z przodu, wydarzyło się z tyłu” - powiedział Hakkila. „A wydarzenia zdarzały się w odwrotnej kolejności”.
Chociaż astronomowie nie wiedzą, co powoduje emisję rozbłysku gamma w skali cząstek, są całkiem pewni, że dzieje się tak, gdy strumienie plazmy podróżujące z prędkością bliską prędkości światła oddziałują z otaczającymi gazami. Hakkila próbował znaleźć wyjaśnienie, w jaki sposób sytuacje te mogą wytwarzać symetryczne impulsy świetlne, gdy usłyszał od Roberta Nemiroffa, astrofizyka z Michigan Technological University.
Nemiroff badał, co się dzieje, gdy obiekt przemieszcza się przez otaczające medium szybciej niż emitowane przez niego światło, zwane ruchem nadświetlnym. W poprzednich badaniach Nemiroff odkrył, że gdy taki obiekt przechodzi z podróży wolniejszej niż światło do szybszej niż światło lub odwrotnie, przejście to może wywołać zjawisko zwane podwajaniem obrazu relatywistycznego. Nemiroff zastanawiał się, czy to może wyjaśniać symetryczne wzory, które Hakkila znalazł w impulsach rozbłysku gamma.
Czym właściwie jest „relatywistyczne podwojenie obrazu?” Wyobraź sobie, że łódź porusza się po jeziorze w kierunku brzegu. Jeśli łódź porusza się wolniej niż fale, które tworzy, osoba stojąca na brzegu zobaczy, jak zmarszczki łodzi uderzają o brzeg w kolejności, w której łódź je utworzyła. Ale jeśli łódź płynie szybciej niż fale, które tworzy, łódź przejmie pierwszą falę, którą stworzy, tylko po to, aby utworzyć nową falę przed tą i tak dalej. W ten sposób nowe fale utworzone przez łódź dotrą do brzegu szybciej niż pierwsze fale, które stworzyły. Osoba stojąca na brzegu zobaczy fale uderzające o brzeg w odwrotnej kolejności.
Ten sam pomysł dotyczy błysków gamma. Jeśli przyczyna wybuchu promieniowania gamma porusza się szybciej niż światło emitowane przez gaz i otaczającą go materię, widzielibyśmy wzór emisji w odwrotnej kolejności chronologicznej.
Hakkila i Nemiroff uzasadnili, że może to stanowić połowę symetrycznego impulsu rozbłysku gamma.
Ale co, jeśli materiał najpierw poruszał się wolniej niż prędkość światła, a następnie przyspieszył? Co jeśli zacznie się szybko, a następnie zwolni? W obu przypadkach możemy obserwować emisję zarówno w kolejności chronologicznej, jak i odwróconej kolejności chronologicznej bezpośrednio po sobie, tworząc symetryczny wzorzec impulsu podobny do symetrycznych pików obserwowanych w rozbłyskach gamma.
W tej układance wciąż brakuje elementów. Po pierwsze, badacze wciąż nie wiedzą, co powoduje te wybuchy w skali mikroskopowej. Ale ten zaproponowany model daje badaczom jedną małą wskazówkę podczas poszukiwań, aby znaleźć ostateczną przyczynę rozbłysków gamma, powiedział Hartmann.
