Het is een hoeksteen van de moderne natuurkunde dat niets in het heelal sneller is dan de lichtsnelheid (c). Einsteins theorie van speciale relativiteitstheorie laat echter gevallen toe waarin bepaalde invloeden voorkomen verschijnen om sneller dan het licht te reizen zonder causaliteit te schenden. Dit zijn zogenaamde 'fotonische gieken', een concept dat lijkt op een sonische giek, waarbij lichtvlekken sneller bewegen dan c.
En volgens een nieuwe studie van Robert Nemiroff, natuurkundeprofessor aan de Michigan Technological University (en mede-bedenker van Astronomy Picture of the Day), kan dit fenomeen helpen om een licht (geen woordspeling!) Op de kosmos te laten schijnen, wat ons helpt in kaart te brengen het met een grotere efficiëntie.
Overweeg het volgende scenario: als een laser over een ver verwijderd object wordt geveegd - in dit geval de maan - zal de plek van laserlicht over het object bewegen met een snelheid hoger dan c. Kortom, de verzameling fotonen wordt versneld voorbij de lichtsnelheid terwijl de spot zowel het oppervlak als de diepte van het object passeert.
De resulterende 'fotonische knal' doet zich voor in de vorm van een flits, die door de waarnemer wordt waargenomen wanneer de snelheid van het licht daalt van superluminaal tot onder de snelheid van het licht. Het wordt mogelijk gemaakt door het feit dat de vlekken geen massa bevatten, waardoor ze niet in strijd zijn met de fundamentele wetten van de speciale relativiteitstheorie.
Een ander voorbeeld doet zich regelmatig voor in de natuur, waar lichtstralen van een pulsar over wolken van door de ruimte gedragen stof vegen, waardoor een bolvormige schil van licht en straling ontstaat die sneller uitzet dan c wanneer het een oppervlak snijdt. Hetzelfde geldt voor snel bewegende schaduwen, waar de snelheid veel sneller kan zijn en niet beperkt tot de lichtsnelheid als het oppervlak hoekig is.
Tijdens een bijeenkomst van de American Astronomical Society in Seattle, Washington eerder deze maand, vertelde Nemiroff hoe deze effecten konden worden gebruikt om het universum te bestuderen.
"Fotonische booms komen vrij vaak om ons heen voor," zei Nemiroff in een persbericht, "maar ze zijn altijd te kort om op te merken. In de kosmos duren ze lang genoeg om op te merken - maar niemand heeft er naar gezocht om ze te zoeken! '
Superluminale bewegingen kunnen volgens hem worden gebruikt om informatie te onthullen over de driedimensionale geometrie en de afstand van sterrenlichamen zoals nabijgelegen planeten, langs asteroïden en verre objecten die worden verlicht door pulsars. De sleutel is het vinden van manieren om ze te genereren of ze nauwkeurig te observeren.
Voor zijn studie overwoog Nemiroff twee voorbeeldscenario's. De eerste betrof een straal die over een verstrooiend bolvormig object werd geveegd - d.w.z. lichtvlekken die over de maan bewegen en pulsar-metgezellen. In de tweede fase wordt de straal over een 'verstrooiende vlakke wand of lineair filament' geveegd - in dit geval de Hubble-variabele nevel.
In het eerste geval konden asteroïden in detail in kaart worden gebracht met behulp van een laserstraal en een telescoop die was uitgerust met een hogesnelheidscamera. De laser kon duizenden keren per seconde over het oppervlak worden geveegd en de flitsen konden worden geregistreerd. In het laatste geval worden schaduwen waargenomen die passeren tussen de heldere ster R Monocerotis en stof weerkaatsen, met zo hoge snelheden dat ze fotonische bomen creëren die dagen of weken zichtbaar zijn.
Dit soort beeldtechniek verschilt fundamenteel van directe waarnemingen (die afhankelijk zijn van lensfotografie), radar en conventionele lidar. Het onderscheidt zich ook van Cherenkov-straling - elektromagnetische straling die wordt uitgezonden wanneer geladen deeltjes door een medium gaan met een hogere snelheid dan de lichtsnelheid in dat medium. Een voorbeeld hiervan is de blauwe gloed die wordt afgegeven door een kernreactor onder water.
In combinatie met de andere benaderingen zou het wetenschappers in staat kunnen stellen een completer beeld te krijgen van objecten in ons zonnestelsel en zelfs van verre kosmologische lichamen.
Nemiroff's studie geaccepteerd voor publicatie door de Publications of the Astronomical Society of Australia, met een voorlopige versie online beschikbaar bij arXiv Astrophysics
Verder lezen:
Persbericht van Michigan Tech
Robert Nemiroff / Michigan Tech
