In een verre uithoek van het universum reist iets sneller dan licht.
Nee, de wetten van de natuurkunde worden niet overtreden: het is nog steeds waar dat niets sneller kan reizen dan licht in het vacuüm van lege ruimte. Maar wanneer licht door materie reist, zoals interstellair gas of een soep van geladen deeltjes, vertraagt het, wat betekent dat andere materie het kan inhalen. En dat verklaart misschien de vreemde symmetrie in pulsen van het meest energetische licht in het universum, gammastraaluitbarstingen genoemd.
Deze cryptische uitbarstingen - heldere flitsen van gammastraallicht afkomstig van verre sterrenstelsels - ontstaan wanneer massieve sterren instorten of wanneer ultradense neutronensterren botsen. Deze catastrofes sturen snelle stralen hete, geladen plasma's door de ruimte.
Maar deze signalen hebben een vreemde symmetrie en de reden waarom ze dat doen, is nog steeds een mysterie.
Een gammastraaluitbarsting wordt niet helderder en donkerder in één constante piek, maar in plaats daarvan in een flikkerend patroon, zei Jon Hakkila, een astrofysicus aan het College of Charleston in South Carolina.
Hakkila heeft jaren aan deze puzzel gewerkt. Nu hebben hij en een medewerker een oplossing: plasma dat zowel langzamer als sneller dan de lichtsnelheid reist, zou dit flikkerende patroon kunnen verklaren, zoals ze rapporteren in een paper dat op 23 september in The Astrophysical Journal is gepubliceerd. Als ze gelijk hebben, kan het ons helpen te begrijpen wat deze gammastralen eigenlijk produceert.
'Ik vind het een grote stap voorwaarts', die de kleinschalige fenomenen in het plasma verbindt met onze grootschalige waarnemingen, zei Dieter Hartmann, een astrofysicus aan de Clemson University die niet bij het onderzoek betrokken was.
In de afgelopen paar jaar heeft Hakkila ontdekt dat gammastraaluitbarstingen kleine fluctuaties in helderheid vertonen bovenop hun algehele verheldering en dimmen. Als je de overkoepelende verheldering en dimmen aftrekt, blijf je achter met een reeks kleinere pieken - een primaire piek met kleinere pieken in helderheid voor en na. En dit patroon is vreemd symmetrisch. Als je het patroon op de hoofdpiek "vouwt" en één kant uitrekt, passen de twee kanten opvallend goed bij elkaar. Met andere woorden, het lichtpatroon van de puls van een gammastraaluitbarsting duidt op een reeks gespiegelde gebeurtenissen.
'Wat er aan de voorkant gebeurde, gebeurde ook aan de achterkant,' zei Hakkila. 'En de gebeurtenissen wisten in omgekeerde volgorde te gebeuren.'
Hoewel astronomen niet weten wat de emissie van gammastralen op de deeltjesschaal veroorzaakt, zijn ze er vrij zeker van dat dit gebeurt wanneer plasma-stralen die in de buurt komen van de lichtsnelheid in wisselwerking staan met omringende gassen. Hakkila had geprobeerd uit te leggen hoe deze situaties symmetrische lichtpulsen zouden kunnen veroorzaken, toen hij hoorde van Robert Nemiroff, een astrofysicus aan de Michigan Technological University.
Nemiroff bestudeerde wat er gebeurt als een object sneller door een omringend medium reist dan het licht dat het uitzendt, superluminale beweging genoemd. In eerder onderzoek had Nemiroff ontdekt dat wanneer zo'n object van langzamer reizen dan licht naar sneller dan licht gaat, of omgekeerd, deze overgang een fenomeen kan veroorzaken dat relativistische beeldverdubbeling wordt genoemd. Nemiroff vroeg zich af of dit de verklaring kon zijn voor de symmetrische patronen die Hakkila aantrof in gammastraaluitbarstingspulsen.
Dus wat is "relativistische beeldverdubbeling" precies? Stel je een boot voor die rimpelingen veroorzaakt terwijl deze over een meer naar de kust vaart. Als de boot langzamer vaart dan de golven die hij veroorzaakt, zal een persoon die op de kust staat de rimpelingen van de boot de kust zien raken in de volgorde waarin de boot ze heeft gemaakt. Maar als de boot sneller vaart dan de golven die hij veroorzaakt, zal de boot de eerste golf die hij creëert inhalen om alleen maar een nieuwe rimpel te creëren, enzovoort. Op die manier zullen de nieuwe rimpelingen die door de boot worden gecreëerd, eerder de kust bereiken dan de eerste golven die het heeft veroorzaakt. Een persoon die aan de kust staat, ziet de rimpelingen in omgekeerde volgorde de kust raken.
Hetzelfde idee geldt voor gammaflitsen. Als de oorzaak van een gammastraaluitbarsting sneller gaat dan het licht dat het door het gas en de materie eromheen uitzendt, zouden we het emissiepatroon in omgekeerde chronologische volgorde zien.
Hakkila en Nemiroff redeneerden dat dit de helft van de symmetrische puls van een gammastraaluitbarsting zou kunnen verklaren.
Maar wat als het materiaal eerst langzamer reisde dan de lichtsnelheid, maar vervolgens versnelde? Wat als het snel begon en vervolgens vertraagde? In beide gevallen zien we de emissie zowel in chronologische volgorde als in omgekeerde chronologische volgorde direct achter elkaar, waardoor een symmetrisch pulspatroon ontstaat zoals de symmetrische pieken die worden waargenomen bij gammastraaluitbarstingen.
Er ontbreken nog stukjes in deze puzzel. Ten eerste weten onderzoekers nog steeds niet wat deze uitbarstingen op microscopische schaal veroorzaakt. Maar dit voorgestelde model geeft onderzoekers een kleine aanwijzing in de jacht om de ultieme oorzaak van gammastraaluitbarstingen te vinden, zei Hartmann.
