In einer entfernten Ecke des Universums bewegt sich etwas schneller als Licht.
Nein, die Gesetze der Physik werden nicht verletzt: Es ist immer noch wahr, dass nichts schneller als Licht im Vakuum des leeren Raums reisen kann. Aber wenn Licht durch Materie wandert, wie interstellares Gas oder eine Suppe geladener Teilchen, verlangsamt es sich, was bedeutet, dass andere Materie es überholen könnte. Und das könnte die seltsame Symmetrie in Impulsen einiger der energiereichsten Lichter des Universums erklären, die als Gammastrahlen-Bursts bezeichnet werden.
Diese kryptischen Ausbrüche - helle Blitze von Gammastrahlenlicht, die von weit entfernten Galaxien kommen - entstehen, wenn massive Sterne zusammenbrechen oder wenn ultradichte Neutronensterne kollidieren. Diese Kataklysmen senden rasende Strahlen heißen, geladenen Plasmas durch den Raum.
Aber diese Signale haben eine merkwürdige Symmetrie, und der Grund dafür ist immer noch ein Rätsel.
Ein Gammastrahlenausbruch wird nicht in einem stetigen Peak heller und dunkler, sondern in einem flackernden Muster, sagte Jon Hakkila, Astrophysiker am College of Charleston in South Carolina.
Hakkila hat jahrelang an diesem Puzzle gearbeitet. Jetzt haben er und ein Mitarbeiter eine Lösung: Plasma, das sich sowohl langsamer als auch schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, könnte dieses flackernde Muster erklären, wie sie in einem Artikel berichten, der am 23. September im Astrophysical Journal veröffentlicht wurde. Wenn sie Recht haben, kann es uns helfen zu verstehen, was diese Gammastrahlen tatsächlich erzeugt.
"Ich finde es ein großer Schritt nach vorne", der die Phänomene im Plasma im kleinen Maßstab mit unseren Beobachtungen im großen Maßstab verbindet, sagte Dieter Hartmann, Astrophysiker an der Clemson University, der nicht an der Studie beteiligt war.
In den letzten Jahren hat Hakkila festgestellt, dass Gammastrahlenausbrüche zusätzlich zu ihrer allgemeinen Aufhellung und Verdunkelung geringe Helligkeitsschwankungen aufweisen. Wenn Sie das übergreifende Aufhellen und Dimmen subtrahieren, verbleibt eine Reihe kleinerer Peaks - ein primärer Peak mit kleineren Helligkeitsspitzen davor und danach. Und dieses Muster ist seltsam symmetrisch. Wenn Sie das Muster am Hauptgipfel "falten" und eine Seite strecken, stimmen die beiden Seiten bemerkenswert gut überein. Mit anderen Worten, das Lichtmuster des Impulses eines Gammastrahlenbursts deutet auf eine Reihe gespiegelter Ereignisse hin.
"Was auch immer auf der Vorderseite passiert ist, ist auf der Rückseite passiert", sagte Hakkila. "Und die Ereignisse wussten, dass sie in umgekehrter Reihenfolge ablaufen."
Obwohl Astronomen nicht wissen, was die Emission von Gammastrahlen auf Partikelskala verursacht, sind sie sich ziemlich sicher, dass dies geschieht, wenn Plasmastrahlen, die sich in der Nähe der Lichtgeschwindigkeit bewegen, mit umgebenden Gasen interagieren. Hakkila hatte versucht, Erklärungen zu finden, wie diese Situationen symmetrische Lichtimpulse erzeugen könnten, als er von Robert Nemiroff, einem Astrophysiker an der Michigan Technological University, hörte.
Nemiroff untersuchte, was passiert, wenn sich ein Objekt schneller durch ein umgebendes Medium bewegt als das Licht, das es aussendet, was als superluminale Bewegung bezeichnet wird. In früheren Untersuchungen hatte Nemiroff herausgefunden, dass dieser Übergang ein Phänomen auslösen kann, das als relativistische Bildverdopplung bezeichnet wird, wenn sich ein solches Objekt von langsamer als Licht zu schneller als Licht bewegt oder umgekehrt. Nemiroff fragte sich, ob dies für die symmetrischen Muster verantwortlich sein könnte, die Hakkila in Gammastrahlen-Burst-Impulsen gefunden hatte.
Was genau bedeutet "relativistische Bildverdopplung"? Stellen Sie sich ein Boot vor, das Wellen erzeugt, wenn es sich über einen See zum Ufer bewegt. Wenn sich das Boot langsamer bewegt als die Wellen, die es erzeugt, sieht eine Person, die am Ufer steht, die Wellen des Bootes in der Reihenfolge, in der das Boot sie erzeugt hat, das Ufer treffen. Wenn sich das Boot jedoch schneller als die von ihm erzeugten Wellen bewegt, überholt das Boot die erste Welle, die es erzeugt, nur um eine neue Welle vor dieser zu erzeugen und so weiter. Auf diese Weise erreichen die neuen Wellen, die vom Boot erzeugt werden, das Ufer früher als die ersten Wellen, die es erzeugt hat. Eine Person, die am Ufer steht, sieht, wie die Wellen in umgekehrter Reihenfolge auf das Ufer treffen.
Die gleiche Idee gilt für Gammastrahlen-Bursts. Wenn sich die Ursache eines Gammastrahlenausbruchs schneller ausbreitet als das Licht, das es durch das Gas und die ihn umgebende Materie emittiert, sehen wir das Emissionsmuster in umgekehrter chronologischer Reihenfolge.
Hakkila und Nemiroff argumentierten, dass dies die Hälfte des symmetrischen Pulses eines Gammastrahlenbursts ausmachen könnte.
Was aber, wenn sich das Material zuerst langsamer als mit Lichtgeschwindigkeit bewegte, dann aber beschleunigte? Was ist, wenn es schnell begann und dann langsamer wurde? In beiden Fällen können wir die Emission sowohl in chronologischer Reihenfolge als auch in umgekehrter chronologischer Reihenfolge direkt nacheinander sehen und ein symmetrisches Impulsmuster wie die bei Gammastrahlen-Bursts beobachteten symmetrischen Peaks erzeugen.
Es fehlen noch Teile zu diesem Puzzle. Zum einen wissen die Forscher immer noch nicht, was diese Ausbrüche im mikroskopischen Maßstab verursacht. Aber dieses vorgeschlagene Modell gibt Forschern einen kleinen Hinweis auf die Suche nach der ultimativen Ursache für Gammastrahlenausbrüche, sagte Hartmann.
