I et fjernt hjørne av universet reiser noe raskere enn lys.
Nei, fysikkens lover brytes ikke: Det er fremdeles sant at ingenting kan reise raskere enn lys i vakuumet fra tomt rom. Men når lys beveger seg gjennom materie, som interstellar gass eller en suppe med ladede partikler, bremser det ned, noe som betyr at annen materie kan overhale den. Og det kan forklare den rare symmetrien i pulser av noe av det mest energiske lyset i universet, kalt gamma-ray bursts.
Disse kryptiske utbruddene - lyse glimter av gammastråle-lys som kommer fra fjerne galakser - dannes når massive stjerner kollapser eller når ultradense nøytronstjerner kolliderer. Disse katastrofene sender hurtiggående jetfly med varm, ladet plasma-zooming gjennom verdensrommet.
Men disse signalene har en merkelig symmetri, og grunnen til at de gjør er fortsatt et mysterium.
En gammastrålepust blir ikke lysere og mørkere i en jevn topp, men i stedet i et flimrende mønster, sa Jon Hakkila, en astrofysiker ved College of Charleston i South Carolina.
Hakkila har jobbet med dette puslespillet i mange år. Nå har han og en samarbeidspartner en løsning: plasma som reiser både saktere og raskere enn lysets hastighet kan forklare dette flimrende mønsteret, slik de rapporterer i et papir publisert 23. september i The Astrophysical Journal. Hvis de har rett, kan det hjelpe oss å forstå hva som faktisk produserer disse gammastrålene.
"Jeg synes det er et stort skritt fremover", som kobler småskalafenomenene i plasma til våre store observasjoner, sa Dieter Hartmann, en astrofysiker ved Clemson University som ikke var involvert i studien.
I løpet av de siste årene har Hakkila funnet ut at gammastråle-utbrudd har små svingninger i lysstyrke på toppen av den generelle lysningen og dimmingen. Hvis du trekker fra den overordnede lysingen og dimmingen, sitter du igjen med en serie mindre topper - en primær topp med mindre topper i lysstyrken før og etter. Og dette mønsteret er merkelig symmetrisk. Hvis du "bretter" mønsteret over på hovedtoppen og strekker den ene siden, samsvarer de to sidene bemerkelsesverdig godt. Med andre ord, lysmønsteret til en gamma-ray burst-puls antyder et sett speilede hendelser.
"Uansett hva som skjedde på forsiden skjedde på baksiden," sa Hakkila. "Og hendelsene visste å skje i omvendt rekkefølge."
Selv om astronomer ikke vet hva som forårsaker gamma-ray burst-utslipp i partikkelskalaen, er de ganske sikre på at det skjer når plasma jetfly som beveger seg nær lysets hastighet samhandler med omgivende gasser. Hakkila hadde prøvd å komme med forklaringer på hvordan disse situasjonene kan lage symmetriske lyspulser da han hørte fra Robert Nemiroff, en astrofysiker ved Michigan Technological University.
Nemiroff studerte hva som skjer når en gjenstand reiser raskere gjennom et omgivende medium enn lyset som avgir, kalt superluminal bevegelse. I tidligere undersøkelser hadde Nemiroff funnet ut at når en slik gjenstand går fra å gå saktere enn lys til raskere enn lys, eller omvendt, kan denne overgangen utløse et fenomen som kalles relativistisk bildedobling. Nemiroff lurte på om dette kunne redegjøre for de symmetriske mønstrene Hakkila fant i gamma-ray burst-pulser.
Så hva er egentlig "relativistisk bildedobling?" Se for deg en båt som lager krusninger når den beveger seg over en innsjø mot kysten. Hvis båten reiser saktere enn bølgene den skaper, vil en person som står i fjæra se båtens krusninger treffe kysten i den rekkefølgen båten skapte dem. Men hvis båten reiser raskere enn bølgene den skaper, vil båten overta den første bølgen den lager bare for å skape en ny krusning foran den og så videre. På den måten vil de nye krusningene som er opprettet av båten nå kysten raskere enn de første bølgene den skapte. En person som står på kysten vil se krusningene treffe kysten i en tids reversert rekkefølge.
Den samme ideen gjelder gamma-ray bursts. Hvis årsaken til et gammastråleutbrudd beveger seg raskere enn lyset som avgir gjennom gassen og materien som omgir den, ville vi se utslippsmønsteret i omvendt kronologisk rekkefølge.
Hakkila og Nemiroff resonerte at dette kunne utgjøre halvparten av en gammastråle-symmetrisk puls.
Men hva hvis materialet først gikk langsommere enn lysets hastighet, men deretter akselererte? Hva om det startet raskt og deretter bremse? I begge tilfeller kan vi se utslippet både i kronologisk rekkefølge og omvendt kronologisk rekkefølge rett etter hverandre, og lage et symmetrisk pulsmønster som de symmetriske toppene observert i gammastråle-utbrudd.
Det mangler fortsatt brikker i dette puslespillet. For det første vet forskere fremdeles ikke hva som forårsaker disse utbruddene i mikroskopisk skala. Men denne foreslåtte modellen gir forskere en liten ledetråd i jakten på å finne den ultimate årsaken til gammastråle-utbrudd, sa Hartmann.
