Cosa c’è di più veloce della velocità della luce?

Nel 2018, gli astronomi che hanno esaminato le rovine di due stelle di neutroni in collisione nelle immagini del telescopio spaziale Hubble hanno notato qualcosa di peculiare: un flusso di ioni luminosi ad alta energia, che si allontana dalla fusione in direzione della Terra a una velocità sette volte superiore a quella della luce.

Non sembrava giusto, quindi il team ha ricalcolato con le osservazioni di un radiotelescopio diverso. In quelle osservazioni, il flusso volava a una velocità solo quattro volte superiore a quella della luce.

Non sembrava ancora giusto. Niente nell’universo può andare più veloce della velocità della luce. Guarda caso, era un’illusione, uno studio pubblicato sulla rivista natura spiegato all’inizio di questo mese.

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Il fenomeno che fa sembrare che le particelle nello spazio viaggino più velocemente della luce è chiamato movimento superluminale. La frase si adatta all’illusione: significa “più della luce”, ma in realtà descrive un trucco in cui un oggetto che si muove verso di te appare molto più veloce della sua velocità effettiva. Ci sono flussi ad alta energia nello spazio che possono fingere di muoversi più velocemente della luce: oggi gli astronomi ne vedono un numero crescente.

“Sembrano che si muovano nel cielo, a una velocità pazzesca, ma è solo che si stanno muovendo verso di te e attraverso il cielo allo stesso tempo”, afferma Jay Anderson, astronomo dello Space Telescope Science Institute nel Maryland che ha lavorato a lungo con Hubble e ha aiutato l’autore di natura carta.

Per ottenere la vera velocità del loro jet, Anderson e i suoi collaboratori hanno confrontato le osservazioni di Hubble e del radiotelescopio. Alla fine, hanno stimato che il jet stesse zoomando direttamente sulla Terra a circa il 99,95 percento della velocità della luce. È molto vicino alla velocità della luce, ma non abbastanza veloce.

In effetti, per quanto ne sappiamo finora, niente sul nostro pianeta o fuori dal nostro pianeta può viaggiare più veloce della velocità della luce. Ciò è stato dimostrato più e più volte attraverso le leggi della relatività speciale, messe su carta da Albert Einstein un secolo fa. La luce, che si muove a circa 670 milioni di miglia orarie, è il limite massimo di velocità cosmica. Non solo, la relatività speciale sostiene che la velocità della luce è una costante, indipendentemente da chi o cosa la stia osservando.

Ma la relatività speciale non impedisce alle cose di viaggiare molto vicino alla velocità della luce (i raggi cosmici e le particelle dei brillamenti solari sono alcuni esempi). È qui che entra in gioco il movimento superluminale. Quando qualcosa si muove verso di te, la distanza di cui la sua luce e immagine ha bisogno per raggiungerti diminuisce. Nella vita di tutti i giorni, questo non è proprio un fattore: anche le cose apparentemente veloci, come un aereo che si muove nel cielo sopra di te, non si avvicinano alla velocità della luce.

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Ma quando qualcosa si muove ad alta velocità a centinaia di milioni di miglia orarie nella giusta direzione, la distanza tra l’oggetto e il percettore (che si tratti di una persona o di un obiettivo della fotocamera) diminuisce molto rapidamente. Questo dà l’illusione che qualcosa si stia avvicinando più rapidamente di quanto non sia in realtà. Né i nostri occhi né i nostri telescopi possono dire la differenza, il che significa che gli astronomi devono calcolare la velocità effettiva di un oggetto dai dati raccolti nelle immagini.

I ricercatori dietro il nuovo natura la carta non è stata la prima a cimentarsi con il movimento superluminale. In effetti, sono in ritardo di oltre un secolo. Nel 1901, gli astronomi scansionando il cielo notturno intravide una nova in direzione della costellazione del Perseo. Erano i resti di una nana bianca che ha mangiato i gusci esterni di un gigante gassoso vicino, illuminandosi brevemente abbastanza da poter essere visto ad occhio nudo. Gli astronomi hanno catturato una bolla che si gonfiava dalla nova a una velocità vertiginosa. Ma poiché all’epoca non esisteva una teoria della relatività generale, l’evento svanì rapidamente dalla memoria.

Il fenomeno ha ripreso a parlare negli anni ’70 e ’80. A quel punto, gli astronomi stavano trovando ogni sorta di strani oggetti ad alta energia in angoli lontani dell’universo: quasar e galassie attive, che potevano sparare getti di materiale. Il più delle volte, questi oggetti erano alimentati da buchi neri che emettevano getti ad alta energia che si muovevano quasi alla velocità della luce. A seconda della massa e della forza del buco nero da cui provengono, potrebbero allungarsi per migliaia, centinaia di migliaia o addirittura milioni di anni luce per raggiungere la Terra.

Quando gli oggetti distanti si avvicinano, né i nostri occhi né i nostri telescopi possono dire la differenza, dandoci l’illusione che si muovano sempre più velocemente.

Più o meno nello stesso periodo, gli scienziati che studiavano le onde radio hanno iniziato a vedere abbastanza falsi acceleratori da lanciare allarmi. Hanno anche trovato un jet proveniente da una galassia lontana che sembrava correre a una velocità quasi 10 volte superiore a quella della luce. Le osservazioni hanno suscitato un discreto allarme tra gli astronomi, sebbene a quel punto i meccanismi fossero ben compresi.

Nei decenni successivi, le osservazioni del movimento superluminale si sono sommate. Gli astronomi vedono un numero sempre crescente di getti attraverso i telescopi, in particolare quelli che fluttuano nello spazio come Hubble o il James Webb Space Telescope. Quando la luce non deve passare attraverso l’atmosfera terrestre, le loro catture possono avere una risoluzione molto più alta. Questo aiuta i team a trovare più getti più lontani (come ad esempio da galassie antiche e lontane) e li aiuta a vedere i getti più vicini in modo più dettagliato. “Le cose risaltano molto meglio nelle immagini di Hubble rispetto alle immagini a terra”, afferma Anderson.

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Prendi, ad esempio, la lontana galassia M87, il cui gigantesco buco nero centrale ha lanciato un getto che apparentemente ha registrato una velocità compresa tra 4 e 6 volte la velocità della luce. Negli anni ’90, Hubble poteva effettivamente scrutare il flusso di energia e rivelare che parti stavano viaggiando a velocità diverse. “Potresti effettivamente vedere le caratteristiche del jet in movimento e potresti misurare la posizione di quelle caratteristiche”, spiega Anderson.

Ci sono buone ragioni per cui gli astronomi sono interessati a questi getti a rotta di collo, specialmente ora. Nel caso delle fracassanti stelle di neutroni del natura studio, l’incidente ha causato un’esplosione di raggi gamma, un tipo di esplosione ad alta energia che rimane poco conosciuta. L’evento ha anche suscitato una tempesta di onde gravitazionali, provocando un’increspatura nello spazio-tempo che i ricercatori possono ora raccogliere e osservare. Ma fino a quando non scoprono una strana nuova fisica nella materia che vola nello spazio, la velocità della luce rimane il limite difficile.

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