In un angolo distante dell'universo, qualcosa viaggia più veloce della luce.
No, le leggi della fisica non vengono violate: è ancora vero che nulla può viaggiare più veloce della luce nel vuoto dello spazio vuoto. Ma quando la luce viaggia attraverso la materia, come gas interstellare o una zuppa di particelle cariche, rallenta, il che significa che altra materia potrebbe superarla. E questo potrebbe spiegare la strana simmetria negli impulsi di alcune delle luci più energiche dell'universo, chiamate esplosioni di raggi gamma.
Queste esplosioni criptiche - lampi luminosi di raggi gamma che provengono da galassie lontane - si formano quando collassano stelle massicce o quando si scontrano stelle di neutroni ultradense. Questi cataclismi inviano getti acceleratori di zoom a plasma caldo e carico attraverso lo spazio.
Ma questi segnali hanno una strana simmetria e la ragione per cui lo fanno è ancora un mistero.
Un lampo di raggi gamma non si illumina e si attenua in un picco costante, ma invece in uno schema tremolante, ha detto Jon Hakkila, un astrofisico al College of Charleston in South Carolina.
Hakkila ha lavorato su questo puzzle per anni. Ora, lui e un collaboratore hanno una soluzione: il plasma che viaggia sia più lentamente che più velocemente della velocità della luce potrebbe spiegare questo modello tremolante, come riportano in un articolo pubblicato il 23 settembre su The Astrophysical Journal. Se hanno ragione, potrebbe aiutarci a capire cosa sta effettivamente producendo questi raggi gamma.
"Lo trovo un grande passo avanti", che collega i fenomeni su piccola scala nel plasma alle nostre osservazioni su larga scala, ha affermato Dieter Hartmann, un astrofisico dell'Università di Clemson che non era coinvolto nello studio.
Negli ultimi anni, Hakkila ha scoperto che i lampi di raggi gamma hanno piccole fluttuazioni di luminosità oltre al loro schiarimento e attenuazione. Se sottrai lo schiarimento e l'oscuramento generale, rimarrai con una serie di picchi più piccoli - un picco primario con picchi più piccoli in luminosità prima e dopo. E questo modello è stranamente simmetrico. Se "pieghi" il motivo sul picco principale e allunghi un lato, i due lati si abbinano notevolmente. In altre parole, il modello di luce dell'impulso di un lampo di raggi gamma suggerisce una serie di eventi speculari.
"Tutto ciò che è accaduto sul lato anteriore è accaduto sul lato posteriore", ha detto Hakkila. "E gli eventi sapevano accadere in ordine inverso."
Sebbene gli astronomi non sappiano che cosa provoca l'emissione di scoppi di raggi gamma alla scala delle particelle, sono abbastanza sicuri che ciò accada quando i getti di plasma che viaggiano vicino alla velocità della luce interagiscono con i gas circostanti. Hakkila aveva cercato di fornire spiegazioni su come queste situazioni potessero produrre impulsi di luce simmetrici quando ha sentito Robert Nemiroff, un astrofisico della Michigan Technological University.
Nemiroff stava studiando cosa succede quando un oggetto viaggia attraverso un mezzo circostante più velocemente della luce che emette, chiamato movimento superluminale. In ricerche precedenti, Nemiroff aveva scoperto che quando un tale oggetto passa da un viaggio più lento della luce a più veloce della luce, o viceversa, questa transizione può innescare un fenomeno chiamato raddoppio dell'immagine relativistica. Nemiroff si chiese se ciò potesse spiegare i modelli simmetrici che Hakkila trovò negli impulsi di scoppio dei raggi gamma.
Cos'è esattamente "il raddoppio dell'immagine relativistica?" Immagina una barca che crea increspature mentre si muove attraverso un lago verso la riva. Se la barca viaggia più lentamente delle onde che crea, una persona in piedi sulla riva vedrà le increspature della barca colpire la costa nell'ordine in cui la barca le ha create. Ma se la barca viaggia più veloce delle onde che crea, la barca sorpasserà la prima onda che crea solo per creare una nuova ondulazione di fronte a quella e così via. In questo modo, le nuove increspature create dalla barca raggiungeranno la riva prima delle prime onde che ha creato. Una persona in piedi sulla riva vedrà le increspature colpire la riva in un ordine invertito nel tempo.
La stessa idea si applica alle esplosioni di raggi gamma. Se la causa dell'esplosione di un raggio gamma viaggia più velocemente della luce che emette attraverso il gas e la materia che lo circonda, vedremmo lo schema di emissione in ordine cronologico inverso.
Hakkila e Nemiroff hanno ritenuto che ciò potesse rappresentare la metà dell'impulso simmetrico di un lampo di raggi gamma.
Ma cosa succede se il materiale prima viaggiava più lentamente della velocità della luce, ma poi accelerava? E se fosse iniziato velocemente e poi rallentato? In entrambi i casi, potremmo vedere l'emissione sia in ordine cronologico sia in ordine cronologico inverso uno dopo l'altro, creando un modello di impulso simmetrico come i picchi simmetrici osservati nelle esplosioni di raggi gamma.
Ci sono ancora pezzi mancanti in questo puzzle. Per uno, i ricercatori non sanno ancora cosa sta causando queste esplosioni su scala microscopica. Ma questo modello proposto offre ai ricercatori un piccolo indizio nella caccia per trovare la causa ultima delle esplosioni di raggi gamma, ha affermato Hartmann.
