I et fjernt hjørne af universet rejser noget hurtigere end lys.
Nej, fysiklovene overtrædes ikke: Det er stadig sandt, at intet kan rejse hurtigere end lys i vakuumet fra det tomme rum. Men når lys bevæger sig gennem stof, som interstellar gas eller en suppe med ladede partikler, aftager det, hvilket betyder, at anden stof kan overhale den. Og det kan muligvis forklare den underlige symmetri i pulser af noget af det mest energiske lys i universet, kaldet gamma-ray bursts.
Disse kryptiske bursts - lyse blinker fra gammastrålelys, der kommer fra fjerne galakser - dannes, når massive stjerner kollapser, eller når ultradense neutronstjerner kolliderer. Disse kataklysmer sender hurtige jetfly med varm, opladet plasma-zoom gennem rummet.
Men disse signaler har en underlig symmetri, og grunden til, at de gør, er stadig et mysterium.
En gamma-ray burst lyser og dæmpes ikke i en stabil top, men i stedet for i et flimrende mønster, sagde Jon Hakkila, en astrofysiker ved College of Charleston i South Carolina.
Hakkila har arbejdet med dette puslespil i årevis. Nu har han og en samarbejdspartner en løsning: plasma, der kører både langsommere og hurtigere end lysets hastighed, kunne forklare dette flimrende mønster, som de rapporterer i et papir, der blev offentliggjort 23. september i The Astrophysical Journal. Hvis de har ret, kan det hjælpe os med at forstå, hvad der rent faktisk producerer disse gammastråler.
"Jeg synes det er et stort skridt fremad," der forbinder småskala-fænomenerne i plasmaet til vores store observationer, sagde Dieter Hartmann, en astrofysiker ved Clemson University, som ikke var involveret i undersøgelsen.
I de sidste par år har Hakkila fundet, at gammastråle-bursts har små svingninger i lysstyrke oven på deres samlede lysning og dæmpning. Hvis du fratrækker den overordnede lysning og dæmpning, står du tilbage med en række mindre toppe - en primær top med mindre toppe i lysstyrke før og efter. Og dette mønster er underligt symmetrisk. Hvis du "folder" mønsteret ved hovedtoppen og strækker den ene side, matcher de to sider bemærkelsesværdigt godt. Med andre ord antyder lysmønsteret fra en gamma-ray burst-puls på et sæt spejlede begivenheder.
”Uanset hvad der skete på forsiden skete på bagsiden,” sagde Hakkila. "Og begivenhederne vidste at ske i omvendt rækkefølge."
Selvom astronomer ikke ved, hvad der forårsager gamma-ray burst-emission i partikelskalaen, er de temmelig sikre på, at det sker, når plasma-stråler, der rejser nær lysets hastighed, interagerer med omgivende gasser. Hakkila havde forsøgt at komme med forklaringer på, hvordan disse situationer kunne skabe symmetriske lyspulser, da han hørte fra Robert Nemiroff, en astrofysiker ved Michigan Technological University.
Nemiroff studerede, hvad der sker, når en genstand rejser gennem et omgivende medium hurtigere end det lys, det udsender, kaldet superluminal bevægelse. I tidligere undersøgelser havde Nemiroff fundet, at når et sådant objekt går fra at rejse langsommere end lys til hurtigere end lys, eller omvendt, kan denne overgang udløse et fænomen kaldet relativistisk billedfordobling. Nemiroff spekulerede på, om dette kunne redegøre for de symmetriske mønstre, som Hakkila fandt i gamma-ray burst-pulser.
Så hvad er "relativistisk billedfordobling nøjagtigt?" Forestil dig en båd, der skaber krusninger, når den bevæger sig over en sø mod kysten. Hvis båden rejser langsommere end de bølger, den skaber, vil en person, der står på kysten, se bådens krusninger ramme kysten i den rækkefølge, båden skabte dem. Men hvis båden rejser hurtigere end de bølger, den skaber, vil båden overhale den første bølge, den skaber, kun for at skabe en ny krusning foran den, og så videre. På den måde vil de nye krusninger, der er oprettet af båden, nå kysten hurtigere end de første bølger, den skabte. En person, der står på kysten, vil se krusningerne ramme kysten i en tid-vendt rækkefølge.
Den samme idé gælder for gammastråle-bursts. Hvis årsagen til en gammastråleburst rejser hurtigere end det lys, det udsender gennem gassen og stoffet, der omgiver det, ville vi se emissionsmønsteret i omvendt kronologisk rækkefølge.
Hakkila og Nemiroff begrundede, at dette kunne udgøre halvdelen af en gamma-ray bursts symmetriske puls.
Men hvad nu hvis materialet først kørte langsommere end lysets hastighed, men derefter accelererede? Hvad hvis det startede hurtigt og derefter blev langsommere? I begge tilfælde ser vi måske emissionen både i kronologisk rækkefølge og omvendt kronologisk rækkefølge lige efter hinanden, hvilket skaber et symmetrisk pulsmønster som de symmetriske toppe, der observeres i gammastråle-bursts.
Der mangler stadig brikker til dette puslespil. For det første ved forskerne stadig ikke, hvad der forårsager disse bursts i mikroskopisk skala. Men denne foreslåede model giver forskere en lille ledetråd i jakten på at finde den ultimative årsag til gammastråler, sagde Hartmann.
