В дальнем уголке вселенной что-то движется быстрее света.
Нет, законы физики не нарушаются: все еще верно, что ничто не может путешествовать быстрее света в вакууме пустого пространства. Но когда свет проходит сквозь материю, как межзвездный газ или суп заряженных частиц, он замедляется, а это значит, что другая материя может его обогнать. И это может объяснить странную симметрию в импульсах одного из самых энергичных источников света во вселенной, называемых гамма-всплесками.
Эти загадочные вспышки - яркие вспышки гамма-излучения, исходящего от далеких галактик - образуются, когда коллапсируют массивные звезды или когда сталкиваются сверхплотные нейтронные звезды. Эти катаклизмы посылают ускоряющиеся струи горячей заряженной плазмы, изменяющей масштаб пространства.
Но эти сигналы имеют странную симметрию, и причина, по которой они это делают, остается загадкой.
По словам Джона Хаккилы, астрофизика из Колледжа Чарльстона в Южной Каролине, гамма-всплеск не осветляет и не тускнеет в одном устойчивом пике, а в виде мерцающего рисунка.
Хаккила работал над этой загадкой много лет. Теперь у него и его коллеги есть решение: плазма, движущаяся медленнее и быстрее, чем скорость света, может объяснить эту картину мерцания, о чем сообщается в статье, опубликованной 23 сентября в Astrophysical Journal. Если они правы, это может помочь нам понять, что на самом деле производит эти гамма-лучи.
«Я считаю, что это большой шаг вперед», который связывает мелкомасштабные явления в плазме с нашими крупномасштабными наблюдениями, сказал Дитер Хартманн, астрофизик из Университета Клемсона, который не участвовал в исследовании.
В последние несколько лет Хаккила обнаружил, что гамма-всплески имеют небольшие колебания яркости в дополнение к их общему осветлению и затемнению. Если вы вычесть всеобщее осветление и затемнение, у вас останется ряд пиков меньшего размера - один первичный пик с меньшими пиками яркости до и после. И эта картина странно симметрична. Если вы «сложите» рисунок на главном пике и растянете одну сторону, обе стороны будут замечательно совпадать. Другими словами, световая картина импульса гамма-всплеска намекает на ряд отраженных событий.
«Что бы ни случилось на лицевой стороне, случилось на обратной», - сказал Хаккила. «И события знали, что происходило в обратном порядке».
Хотя астрономы не знают, что вызывает выброс гамма-излучения в масштабе частиц, они достаточно уверены, что это происходит, когда струи плазмы, движущиеся со скоростью света, взаимодействуют с окружающими газами. Хаккила пытался придумать объяснения того, как эти ситуации могут создавать симметричные световые импульсы, когда он услышал от Роберта Немироффа, астрофизика из Мичиганского технологического университета.
Немиров изучал, что происходит, когда объект проходит через окружающую среду быстрее, чем излучаемый им свет, называемый сверхсветовым движением. В предыдущих исследованиях Немирофф обнаружил, что когда такой объект движется от движения медленнее света к свету быстрее или наоборот, этот переход может вызвать явление, называемое удвоением релятивистского изображения. Немирофф задумался, может ли это объяснить симметричные закономерности, обнаруженные Хаккилой в импульсах гамма-излучения?
Так что же такое «удвоение релятивистского изображения»? Представьте себе лодку, создающую рябь, когда она движется через озеро к берегу. Если лодка движется медленнее, чем волны, которые она создает, человек, стоящий на берегу, увидит, как пульсация лодки ударит по берегу в порядке, в котором лодка создала их. Но если лодка движется быстрее, чем волны, которые она создает, лодка обгонит первую волну, которую она создает, только чтобы создать новую рябь перед ней и так далее. Таким образом, новая рябь, созданная лодкой, достигнет берега раньше, чем первые волны, которые она создала. Человек, стоящий на берегу, увидит, как рябь ударит по берегу в обратном порядке.
Та же идея относится и к гамма-всплескам. Если причина гамма-всплеска распространяется быстрее, чем излучаемый им газ и окружающая его материя, мы увидим диаграмму излучения в обратном хронологическом порядке.
Хаккила и Немирофф полагали, что это может составлять половину симметричного импульса гамма-всплеска.
Но что, если материал сначала двигался медленнее скорости света, но затем ускорялся? Что, если он начался быстро, а затем замедлился? В любом случае мы могли бы видеть излучение как в хронологическом порядке, так и в обратном хронологическом порядке сразу после одного, создавая симметричную диаграмму импульсов, подобную симметричным пикам, наблюдаемым при гамма-всплесках.
В этой головоломке все еще не хватает частей. Во-первых, исследователи до сих пор не знают, что вызывает эти взрывы в микроскопическом масштабе. Но эта предложенная модель дает исследователям один маленький ключ к поиску окончательной причины гамма-всплесков, сказал Хартманн.
