È una pietra angolare della fisica moderna che nulla nell'Universo sia più veloce della velocità della luce (C). Tuttavia, la teoria della relatività speciale di Einstein ammette casi in cui determinate influenzeapparireviaggiare più veloci della luce senza violare la causalità. Questi sono i cosiddetti 'boom fotonici', un concetto simile a un boom sonico, in cui i punti di luce vengono fatti muovere più velocemente di quantoC.
E secondo un nuovo studio di Robert Nemiroff, professore di fisica alla Michigan Technological University (e co-creatore di Immagine astronomica del giorno ), questo fenomeno può aiutare a far luce (nessun gioco di parole!) sul cosmo, aiutandoci a mapparlo con maggiore efficienza.
Considera il seguente scenario: se un laser viene colpito da un oggetto distante, in questo caso la Luna, il punto di luce laser si muoverà attraverso l'oggetto a una velocità maggiore diC. 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 risultante 'boom fotonico' si verifica sotto forma di lampo, che viene visto dall'osservatore quando la velocità della luce scende dal superluminale al di sotto della velocità della luce. È reso possibile dal fatto che le macchie non contengono massa, non violando così le leggi fondamentali della Relatività Speciale.
Un'immagine di NGC 2261 (nota anche come Nebulosa Variabile di Hubble) dal telescopio spaziale Hubble. Credito immagine: HST/NASA/JPL.
Un altro esempio si verifica regolarmente in natura, dove i raggi di luce di una pulsar attraversano nuvole di polvere trasportata dallo spazio, creando un guscio sferico di luce e radiazioni che si espande più velocemente di c quando interseca una superficie. Lo stesso vale per le ombre in rapido movimento, dove 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 abbastanza frequentemente intorno a noi', ha detto Nemiroff in a comunicato stampa , 'ma sono sempre troppo brevi per essere notati. Fuori nel cosmo durano abbastanza a lungo da accorgersene, ma nessuno ha pensato di cercarli!'
Le scansioni superluminali, afferma, potrebbero essere utilizzate per rivelare informazioni sulla geometria tridimensionale e sulla distanza di corpi stellari come pianeti vicini, asteroidi che passano e oggetti distanti illuminati da pulsar. La chiave è trovare modi per generarli o osservarli con precisione.
Ai fini del suo studio, Nemiroff ha considerato due scenari esemplificativi. Il primo riguardava un raggio che veniva proiettato su un oggetto sferico dispersivo, ovvero macchie di luce che si muovevano attraverso la Luna e le compagne pulsar. Nel secondo, il raggio viene spazzato attraverso una 'parete planare diffusa o filamento lineare' - in questo caso, la Nebulosa Variabile di Hubble.
I boom fotonici causati dai laser sweep potrebbero offrire una nuova tecnica di imaging per mappare gli asteroidi in transito. Credito: P. Carril / ESA
Nel primo caso, gli asteroidi potrebbero essere mappati in dettaglio utilizzando un raggio laser e un telescopio dotato di una telecamera ad alta velocità. Il laser potrebbe essere spazzato sulla superficie migliaia di volte al secondo e i lampi registrati. In quest'ultimo si osservano ombre che passano tra la brillante stella R Monocerotis e la polvere riflettente, a velocità così elevate da creare boom fotonici visibili per giorni o settimane.
Questo tipo di tecnica di imaging è fondamentalmente diverso dalle osservazioni dirette (che si basano sulla fotografia dell'obiettivo), radar e lidar convenzionali. È anche distinto dalla radiazione 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 calzante 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 accettato per la pubblicazione dalle Publications of the Astronomical Society of Australia, con una versione preliminare disponibile online all'indirizzo arXiv Astrofisica
Ulteriori letture:
Comunicato stampa Michigan Tech
Robert Nemiroff/Michigan Tech