في ركن بعيد من الكون ، يسير شيء ما أسرع من الضوء.
لا ، قوانين الفيزياء لا تنتهك: لا يزال صحيحًا أنه لا يوجد شيء يمكن أن ينتقل أسرع من الضوء في فراغ الفضاء الفارغ. ولكن عندما ينتقل الضوء عبر المادة ، مثل الغاز بين النجوم أو حساء الجسيمات المشحونة ، فإنه يتباطأ ، مما يعني أن المادة الأخرى قد تتجاوزه. وقد يفسر ذلك التماثل الغريب في نبضات بعض أشد أنواع الضوء نشاطًا في الكون ، والتي تسمى انفجارات أشعة غاما.
تتشكل هذه الانفجارات المشفرة - ومضات مشرقة من ضوء أشعة غاما التي تأتي من المجرات البعيدة - عندما تنهار النجوم الضخمة أو عندما تصطدم النجوم النيوترونية الفائقة. ترسل هذه الكوارث النفاثة نفاثات مسرعة من تكبير البلازما الساخنة المشحونة عبر الفضاء.
لكن هذه الإشارات لها تناظر غريب ، والسبب في ذلك لا يزال لغزا.
قال جون هاكيلا ، عالم الفيزياء الفلكية في كلية تشارلستون في ساوث كارولينا ، إن انفجار أشعة غاما لا يلمع ويخفت في ذروة واحدة ثابتة ، ولكن بدلاً من ذلك في نمط خفقان.
حكيلة عملت على هذا اللغز لسنوات. الآن ، هو والمتعاون لديه حل: البلازما التي تسير أبطأ وأسرع من سرعة الضوء يمكن أن تفسر هذا النمط الخفقان ، كما ورد في ورقة نشرت في 23 سبتمبر في مجلة الفيزياء الفلكية. إذا كانوا على حق ، فقد يساعدنا ذلك على فهم ما ينتج بالفعل أشعة جاما.
قال ديتر هارتمان ، عالِم الفيزياء الفلكية بجامعة كليمسون ، الذي لم يشارك في الدراسة: "أجدها خطوة رائعة إلى الأمام" ، والتي تربط الظواهر الصغيرة في البلازما بملاحظاتنا واسعة النطاق.
في السنوات القليلة الماضية ، وجدت حكيلة أن انفجارات أشعة غاما لها تقلبات صغيرة في السطوع فوق السطوع والعتام العام. إذا قمت بطرح السطوع والتعتيم الشامل ، فسيكون لديك سلسلة من القمم الأصغر - قمة أساسية واحدة مع قمم أصغر في السطوع قبل وبعد. وهذا النمط متماثل بشكل غريب. إذا قمت "بطي" النمط في القمة الرئيسية وقمت بتمديد جانب واحد ، فإن الجانبين يتطابقان بشكل جيد. وبعبارة أخرى ، فإن النمط الخفيف لنبضة انفجار أشعة غاما يلمح إلى مجموعة من الأحداث المتطابقة.
وقال حكيلة "مهما حدث في الجانب الأمامي حدث في الجانب الخلفي". "وعرفت الأحداث أن تحدث بترتيب عكسي."
على الرغم من أن الفلكيين لا يعرفون أسباب انبعاث انفجار أشعة جاما على مقياس الجسيمات ، إلا أنهم متأكدون إلى حد ما أنه يحدث عندما تتفاعل نفاثات البلازما بالقرب من سرعة الضوء مع الغازات المحيطة. كان هاكيلا يحاول التوصل إلى تفسيرات لكيفية جعل هذه المواقف نبضات ضوئية متناظرة عندما سمع من روبرت نيميروف ، عالم الفيزياء الفلكية في جامعة ميشيغان التكنولوجية.
كان نيميروف يدرس ما يحدث عندما ينتقل جسم عبر وسط محيطي أسرع من الضوء الذي ينبعث منه ، ويسمى حركة فائقة السطوع. في بحث سابق ، وجد نيميروف أنه عندما ينتقل مثل هذا الجسم من السفر أبطأ من الضوء إلى أسرع من الضوء ، أو العكس ، يمكن أن يؤدي هذا الانتقال إلى ظاهرة تسمى مضاعفة الصورة النسبية. تساءل نيميروف عما إذا كان هذا يمكن أن يفسر الأنماط المتماثلة التي وجدتها Hakkila في نبضات انفجار أشعة غاما.
إذن ما هو بالضبط "تضاعف الصورة النسبية"؟ تخيل أن القارب يصنع تموجات وهو يتحرك عبر بحيرة باتجاه الشاطئ. إذا كان القارب يسير ببطء أكثر من الأمواج التي يخلقها ، فإن الشخص الواقف على الشاطئ سيرى تموجات القارب تضرب الشاطئ بالترتيب الذي صنعه القارب. ولكن إذا سافر القارب أسرع من الأمواج التي يخلقها ، فإن القارب سيتجاوز الموجة الأولى التي يخلقها فقط لإنشاء تموج جديد أمام تلك الموجة وما إلى ذلك. بهذه الطريقة ، ستصل التموجات الجديدة التي أنشأها القارب إلى الشاطئ في وقت أقرب من الموجات الأولى التي أنشأها. سيرى الشخص الواقف على الشاطئ التموجات تضرب الشاطئ بترتيب عكسي.
تنطبق نفس الفكرة على رشقات أشعة غاما. إذا كان سبب انفجار أشعة غاما يسير أسرع من الضوء الذي ينبعث منه عبر الغاز والمادة المحيطة به ، فسنرى نمط الانبعاث بترتيب زمني عكسي.
سبب هاكيلا ونيميروف أن هذا يمكن أن يمثل نصف نبضة انفجارات أشعة غاما المتناظرة.
ولكن ماذا لو كانت المادة تسير أولاً أبطأ من سرعة الضوء ، ثم تسارعت بعد ذلك؟ ماذا لو بدأ بسرعة ثم تباطأ؟ في كلتا الحالتين ، قد نرى الانبعاث بالترتيب الزمني والترتيب الزمني العكسي بعد الآخر مباشرة ، مما يجعل نمط النبض المتماثل مثل القمم المتناظرة التي لوحظت في رشقات أشعة غاما.
لا تزال هناك قطع مفقودة لهذا اللغز. أولاً ، لا يزال الباحثون لا يعرفون سبب هذه الانفجارات على المستوى المجهري. وقال هارتمان إن هذا النموذج المقترح يمنح الباحثين فكرة واحدة صغيرة في البحث للعثور على السبب النهائي لانفجارات أشعة غاما.
