È una pietra miliare della fisica moderna che nulla nell'Universo è più veloce della velocità della luce (c). Tuttavia, la teoria della relatività speciale di Einstein consente casi in cui determinate influenze apparire viaggiare più velocemente della luce senza violare la causalità. Questi sono quelli che sono noti come "boom fotonici", un concetto simile a un boom sonico, in cui i punti di luce sono fatti per muoversi più velocemente di c.
E secondo un nuovo studio di Robert Nemiroff, professore di fisica alla Michigan Technological University (e co-creatore di Astronomy Picture of the Day), questi fenomeni possono aiutare a far luce (senza gioco di parole!) Sul cosmo, aiutandoci a mappare con maggiore efficienza.
Considera il seguente scenario: se un laser viene spostato attraverso un oggetto distante - in questo caso, la Luna - il punto di luce laser si sposterà sull'oggetto a una velocità maggiore di c. Fondamentalmente, la raccolta di fotoni viene accelerata oltre la velocità della luce mentre il punto attraversa sia la superficie che la profondità dell'oggetto.
Il "boom fotonico" risultante si presenta sotto forma di un lampo, che viene visto dall'osservatore quando la velocità della luce scende da superluminale a sotto la velocità della luce. È reso possibile dal fatto che i punti non contengono massa, non violando così le leggi fondamentali della Relatività Speciale.
Un altro esempio si verifica regolarmente in natura, dove fasci di luce provenienti da una pulsar attraversano nuvole di polvere trasportata dallo spazio, creando un guscio sferico di luce e radiazione che si espande più velocemente di c quando interseca una superficie. Lo stesso vale per le ombre in rapido movimento, in cui la velocità può essere molto più veloce e non limitata alla velocità della luce se la superficie è angolare.
In una riunione dell'American Astronomical Society a Seattle, Washington all'inizio di questo mese, Nemiroff ha condiviso come questi effetti potrebbero essere usati per studiare l'universo.
"I boom fotonici si verificano intorno a noi abbastanza frequentemente", ha detto Nemiroff in un comunicato stampa, "ma sono sempre troppo brevi per essere notati. Nel cosmo durano abbastanza a lungo da notare - ma nessuno ha pensato di cercarli! ”
Sweep superluminali, sostiene, potrebbero essere usati per rivelare informazioni sulla geometria tridimensionale e sulla distanza di corpi stellari come pianeti vicini, passaggi di asteroidi e oggetti distanti illuminati da pulsar. La chiave sta nel trovare modi per generarli o osservarli accuratamente.
Ai fini del suo studio, Nemiroff ha preso in considerazione due scenari esemplificativi. Il primo riguardava un raggio che veniva spazzato attraverso un oggetto sferico di dispersione, cioè punti di luce che si muovevano attraverso la Luna e compagni pulsar. Nel secondo, il raggio viene spazzato attraverso una "parete piana sparsa o un filamento lineare" - in questo caso, la Nebulosa variabile di Hubble.
Nel primo caso, gli asteroidi potevano essere mappati in dettaglio usando un raggio laser e un telescopio dotato di una telecamera ad alta velocità. Il laser potrebbe essere spazzato attraverso la superficie migliaia di volte al secondo e i lampi registrati. In quest'ultimo caso si osservano ombre che passano tra la stella luminosa R Monocerotis e la polvere riflettente, a velocità così grandi da creare boom fotonici visibili per giorni o settimane.
Questo tipo di tecnica di imaging è sostanzialmente diversa dalle osservazioni dirette (che si basano sulla fotografia di obiettivi), dal radar e dal lidar convenzionale. Si distingue anche dalla radiazione di Cherenkov: radiazione elettromagnetica emessa quando le particelle cariche passano attraverso un mezzo a una velocità maggiore della velocità della luce in quel mezzo. Un esempio è il bagliore blu emesso da un reattore nucleare sottomarino.
Combinato con gli altri approcci, potrebbe consentire agli scienziati di ottenere un quadro più completo degli oggetti nel nostro Sistema Solare e persino dei corpi cosmologici distanti.
Lo studio di Nemiroff è stato accettato per la pubblicazione da Publications of the Astronomical Society of Australia, con una versione preliminare disponibile online su arXiv Astrophysics
Ulteriori letture:
Comunicato stampa Michigan Tech
Robert Nemiroff / Michigan Tech
