Künstlerische Darstellung eines relativistischen Jets. (DESY, Wissenschaftskommunikationslabor) Soweit wir wissen, bewegt sich die Zeit nur in eine Richtung. Doch im Jahr 2018 fanden Forscher bei einigen Gammastrahlenausbrüchen Ereignisse, die sich zu wiederholen schienen als würden sie in der Zeit rückwärts reisen .
Aktuelle Forschungsergebnisse deuten nun auf eine mögliche Antwort auf die mögliche Ursache hin Zeitreversibilität Wirkung. Wenn sich Wellen innerhalb der relativistischen Jets, die Gammastrahlenausbrüche erzeugen, schneller als das Licht ausbreiten – mit „Überlichtgeschwindigkeit“ – könnte einer der Effekte die Zeitreversibilität sein.
Solche rasenden Wellen könnten tatsächlich möglich sein. Wir wissen, dass es so ist, wenn Licht durch ein Medium (wie Gas oder Plasma) wandert Phasengeschwindigkeit ist etwas langsamer als C - die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum und, soweit wir wissen, die ultimative Geschwindigkeitsbegrenzung des Universums.
Daher könnte sich eine Welle mit Überlichtgeschwindigkeit durch einen Gammastrahlen-Burst-Jet bewegen, ohne die Relativitätstheorie zu brechen. Aber um das zu verstehen, müssen wir ein wenig zurückgehen und uns die Quelle dieser Jets ansehen.
Gammastrahlenausbrüche sind die energiereichsten Explosionen im Universum. Sie können einige wenige halten Millisekunden Zu einige Stunden , sie sind außerordentlich hell, und wir haben noch keine umfassende Liste ihrer Ursachen.
Wir wissen aus den Beobachtungen von 2017 kollidierende Neutronensterne dass diese Zusammenstöße Gammastrahlenausbrüche verursachen können. Astronomen glauben auch, dass solche Ausbrüche entstehen, wenn ein massereicher, sich schnell drehender Stern zu einem Stern zusammenfällt schwarzes Loch Dabei wird Material heftig in den umgebenden Raum geschleudert eine kolossale Hypernova .
Dieses Schwarze Loch ist dann um seinen Äquator herum von einer Wolke aus Akkretionsmaterial umgeben; Wenn er schnell genug rotiert, führt der Rückfall des ursprünglich explodierten Materials dazu, dass relativistische Jets aus den Polarregionen schießen, die äußere Hülle des Vorläufersterns durchdringen und dann Gammastrahlenausbrüche erzeugen.
Nun zurück zu den Wellen, die sich schneller als das Licht ausbreiten.
Wir wissen, dass sich Teilchen beim Durchqueren eines Mediums schneller bewegen können als Licht. Dieses Phänomen ist dafür verantwortlich berühmte Cherenkov-Strahlung , oft als markantes blaues Leuchten zu sehen. Dieses Leuchten - ein „luminaler Boom“ - entsteht, wenn sich geladene Teilchen wie Elektronen schneller durch Wasser bewegen als die Phasengeschwindigkeit des Lichts.
Die Astrophysiker Jon Hakkila vom College of Charleston und Robert Nemiroff von der Michigan Technological University glauben, dass derselbe Effekt in Gammastrahlen-Burst-Jets beobachtet werden kann, und haben mathematische Modelle durchgeführt, um zu demonstrieren, wie das geht.
„In diesem Modell beschleunigt eine Impaktorwelle in einem expandierenden Gammastrahlen-Burst-Jet von subluminalen auf überluminale Geschwindigkeiten oder verlangsamt sich von überluminalen auf subluminale Geschwindigkeiten.“ Sie schreiben in ihre Arbeit .
„Die Impaktorwelle interagiert mit dem umgebenden Medium und erzeugt Cherenkov- und/oder andere Kollisionsstrahlung, wenn sie sich schneller als die Lichtgeschwindigkeit in diesem Medium ausbreitet, und andere Mechanismen (wie thermische Compton- oder Synchrotron-Schockstrahlung), wenn sie sich langsamer als die Lichtgeschwindigkeit ausbreitet.“ Licht.
„Diese Übergänge erzeugen durch den Prozess der relativistischen Bildverdopplung sowohl einen zeitlich vorwärts als auch einen zeitlich umgekehrten Satz von [Gammastrahlenausbruch]-Lichtkurvenmerkmalen.“
Solch eine relativistische Bildverdoppelung Es wird angenommen, dass es in Cherenkov-Detektoren auftritt . Wenn ein geladenes Teilchen, das sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit fortbewegt, ins Wasser eintritt, bewegt es sich schneller als die Tscherenkow-Strahlung, die es erzeugt, und kann daher theoretisch den Anschein erwecken, an zwei Orten gleichzeitig zu sein: Ein Bild scheint sich in der Zeit vorwärts zu bewegen, das andere scheint sich zu bewegen rückwärts.
Allerdings wurde diese Verdoppelung noch nicht experimentell beobachtet. Sollte es jedoch dazu kommen, könnte es auch für die Zeitumkehrbarkeit verantwortlich sein, die man in den Lichtkurven von Gammastrahlenausbrüchen sieht, die sowohl dann auftritt, wenn die Impaktorwelle, die sich durch das Strahlmedium bewegt, auf Geschwindigkeiten schneller als Licht beschleunigt, als auch auf subluminale Geschwindigkeiten abbremst.
Natürlich ist noch mehr Arbeit nötig. Die Forscher gingen davon aus, dass der für die Entstehung eines Gammastrahlenausbruchs verantwortliche Impaktor eine großräumige Welle sein würde, die beispielsweise durch Änderungen der Dichte oder des Magnetfelds erzeugt wird. Das wird einer weiteren Analyse bedürfen. Und wenn die beteiligten Plasmen für Superluminalstrahlung nicht transparent sind, sind alle Wetten hinfällig.
Die Forscher sagten jedoch, dass ihr Modell bessere Erklärungen für die Eigenschaften der Lichtkurven von Gammastrahlenausbrüchen liefert als Modelle, die keine Zeitreversibilität berücksichtigen.
„Standardmodelle für Gammastrahlenausbrüche haben die Eigenschaften der zeitlich umkehrbaren Lichtkurve vernachlässigt.“ sagte Hakkila . „Die superluminale Strahlbewegung trägt zu diesen Eigenschaften bei, behält aber viele davon bei.“ Standardmodell Merkmale.'
Die Forschung wurde veröffentlicht in Das Astrophysikalische Journal .
Eine Version dieses Artikels wurde erstmals im September 2019 veröffentlicht.