Det är en hörnsten i modern fysik att ingenting i universum är snabbare än ljusets hastighet (c). Men Einsteins teori om speciell relativitet möjliggör fall där vissa påverkningar dyka upp att resa snabbare än ljus utan att kränka orsakssambandet. Detta är vad som kallas "fotoniska bom", ett koncept som liknar en sonisk bom, där ljusfläckar görs för att röra sig snabbare än c.
Och enligt en ny studie av Robert Nemiroff, en fysikprofessor vid Michigan Technological University (och medskapare av Astronomy Picture of the Day), kan detta fenomen hjälpa till att lysa ett ljus (ingen ord!) På kosmos, vilket hjälper oss att kartlägga det med större effektivitet.
Tänk på följande scenario: om en laser svepas över ett avlägset objekt - i detta fall månen - kommer laserljusfläcken att röra sig över objektet med en hastighet större än c. I grunden accelereras insamlingen av fotoner förbi ljusets hastighet när fläcken går igenom objektets yta och djup.
Den resulterande "fotoniska bom" inträffar i form av en blixt, som ses av observatören när ljusets hastighet sjunker från superluminal till under ljusets hastighet. Det möjliggörs av det faktum att fläckarna inte innehåller någon massa och därmed inte bryter mot de grundläggande lagarna för särskild relativitet.
Ett annat exempel förekommer regelbundet i naturen, där ljusstrålar från en pulsar sveper över moln med rymdburen damm, vilket skapar ett sfäriskt skal av ljus och strålning som expanderar snabbare än c när det korsar en yta. Mycket samma sak gäller för snabb rörliga skuggor, där hastigheten kan vara mycket snabbare och inte begränsad till ljusets hastighet om ytan är vinklad.
Vid ett möte i American Astronomical Society i Seattle, Washington tidigare denna månad, delade Nemiroff hur dessa effekter kan användas för att studera universum.
"Photonic bommar händer runt oss ganska ofta," sade Nemiroff i ett pressmeddelande, "men de är alltid för kort för att märka. Ut i kosmos håller de tillräckligt länge för att märka - men ingen har tänkt att leta efter dem! ”
Superluminala svep, hävdar han, skulle kunna användas för att avslöja information om den tredimensionella geometri och avståndet från stjärnkroppar som planeter i närheten, passerade asteroider och avlägsna föremål upplysta av pulsars. Nyckeln är att hitta sätt att generera dem eller observera dem exakt.
I syftet med studien betraktade Nemiroff två exempel på scenarier. Den första involverade en stråle som svepte över ett spridande sfäriskt föremål - dvs ljusfläckar som rör sig över månen och pulsar-följeslagare. I det andra sveps strålen över en "spridande plan vägg eller linjärt glödtråd" - i detta fall Hubbles Variabla nebulosa.
I det förra fallet kan asteroider kartläggas i detalj med en laserstråle och ett teleskop utrustat med en höghastighetskamera. Lasern kan sopas över ytan tusentals gånger i sekundet och blixtarna registrerades. I det senare observeras skuggor som passerar mellan den ljusa stjärnan R Monocerotis och reflekterar damm, med så stora hastigheter att de skapar fotoniska bom som är synliga i dagar eller veckor.
Denna typ av bildteknik skiljer sig grundläggande från direkta observationer (som bygger på linsfotografering), radar och konventionell lidar. Det skiljer sig också från Cherenkov-strålning - elektromagnetisk strålning som avges när laddade partiklar passerar genom ett medium med en hastighet större än ljusets hastighet i det mediet. Ett exempel är den blå glöd som släpps ut av en kärnreaktor under vattnet.
I kombination med de andra tillvägagångssätten kan det göra det möjligt för forskare att få en mer fullständig bild av föremål i vårt solsystem och till och med avlägsna kosmologiska organ.
Nemiroffs studie accepterades för publicering av Publications of the Astronomical Society of Australia, med en preliminär version tillgänglig online på arXiv Astrophysics
Vidare läsning:
Pressmeddelande från Michigan Tech
Robert Nemiroff / Michigan Tech
