Скорость, превышающая скорость света, может быть причиной того, что гамма-всплески, кажется, идут назад во времени.Время, насколько нам известно, движется только в одном направлении. Но в прошлом году исследователи обнаружили события в некоторых гамма-всплесках импульсов, которые, казалось, повторялись, как будто они шли назад во времени.Теперь новое исследование предлагает потенциальный ответ на то, что может вызвать этот эффект обратимости времени. Если волны внутри релятивистских струй, которые производят гамма-всплески, движутся быстрее света - на "сверхсветовых" скоростях - одним из эффектов может быть обратимость времени.
Такие ускоряющиеся волны действительно могут быть возможны. Мы знаем, что когда свет проходит через среду (например, газ или плазму), его фазовая скорость немного медленнее, чем с - скорость света в вакууме, и, насколько нам известно, предельная скорость Вселенной.
Таким образом, волна может проходить через гамма-всплеск со сверхсветовой скоростью, не нарушая теорию относительности. Но чтобы понять это, нам нужно немного отступить, чтобы посмотреть на источник этих струй.
Гамма-всплески - это самые энергичные взрывы во Вселенной. Они могут длиться от нескольких миллисекунд до нескольких часов, они необычайно яркие, и у нас пока нет полного списка причин их возникновения.
Из наблюдений сталкивающихся нейтронных звезд в 2017 году мы знаем, что эти столкновения могут создавать гамма-всплески. Астрономы также считают, что такие всплески возникают, когда массивная, быстро вращающаяся звезда коллапсирует в черную дыру, яростно выбрасывая материал в окружающее пространство в виде колоссальной гиперновой.
Эта черная дыра затем окружена облаком аккреционного материала вокруг своего экватора; если она вращается достаточно быстро, откат первоначально взорванного материала приведет к тому, что релятивистские струи выстрелят из полярных областей, взрываясь через внешнюю оболочку звезды-прародителя, прежде чем произвести гамма-всплески.
А теперь вернемся к тем волнам, которые движутся быстрее света.
Мы знаем, что при прохождении через среду частицы могут двигаться быстрее света. Это явление отвечает за известное черенковское излучение, часто воспринимаемое как характерное голубое свечение. Это свечение - "люминальный бум" - возникает, когда заряженные частицы, такие как электроны, движутся через воду быстрее, чем фазовая скорость света.
Астрофизики Джон Хаккила из колледжа Чарльстона и Роберт Немирофф из Мичиганского технологического университета считают, что этот же эффект можно наблюдать в гамма-всплесках струй, и провели математическое моделирование, чтобы продемонстрировать, как.
"В этой модели ударная волна в расширяющейся гамма-всплеск струе ускоряется от субсветовых до сверхсветовых скоростей или замедляется от сверхсветовых до субсветовых скоростей", - пишут они в своей статье.
"Ударная волна взаимодействует с окружающей средой для получения черенковского и / или другого коллизионного излучения при движении со скоростью, превышающей скорость света в этой среде, и других механизмов (таких как термализованное Комптоновское или синхротронное ударное излучение) при движении со скоростью, превышающей скорость света.
"Эти переходы создают как обратный по времени, так и обратный по времени набор характеристик кривой [гамма-всплеска] света в процессе релятивистского удвоения изображения."
Считается, что такое релятивистское удвоение изображения происходит в детекторах Черенкова. Когда заряженная частица, движущаяся со скоростью, близкой к скорости света, входит в воду, она движется быстрее, чем излучение Черенкова, которое она производит, и поэтому гипотетически может оказаться в двух местах одновременно: одно изображение, по-видимому, движется вперед во времени, а другое-назад.
Заметьте, это удвоение еще не было экспериментально замечено. Но если это произойдет, то это также может быть ответственно за создание обратимости во времени, наблюдаемой в кривых гамма-всплеска света, возникающих как тогда, когда ударная волна, проходящая через струйную среду, ускоряется до скоростей быстрее света, так и замедляется до субсветовых скоростей.
Конечно, требуется больше работы. Исследователи предположили, что ударник, ответственный за создание гамма-всплеска, будет крупномасштабной волной, вызванной изменениями, скажем, плотности или магнитного поля. Это потребует дальнейшего анализа. И если вовлеченная плазма не прозрачна для сверхсветового излучения, все ставки отменяются.
Однако, по словам исследователей, их модель обеспечивает лучшее объяснение характеристик кривых гамма-всплесков, чем модели, которые не включают обратимость времени.
"Стандартные модели гамма-всплесков пренебрегают свойствами обратимой во времени кривой света", - сказал Хаккила. "Сверхсветовое струйное движение объясняет эти свойства, сохраняя при этом множество стандартных характеристик модели."
