Быстрее скорости света.
Гамма-всплески могут испускать ударные волны, которые оказываются даже более быстрыми, чем локальный свет. Это звучит как противоречие теории относительности Эйнштейна, но это вполне возможно, объясняют астрономы. А все потому что эти ударные волны превышают скорость света в локальной среде, а не в вакууме. Именно их существование может объяснить тонкие структуры на световых кривых некоторых гамма-всплесков.
В реактивных струях гамма-всплесков могут присутствовать сверхсветовые ударные волны. © NASA/Swift, Mary Pat Hrybyk-Keith und John Jones
Гамма-всплески (англ.: GRB) представляют собой одни из самых ярких и энергетически насыщенных явлений космоса. В течение нескольких секунд они могут испускать столько же излучения, сколько наше Солнце за всю свою жизнь. Согласно популярной теории, эти вспышки излучения происходят, при коллапсе массивных звезд. Очень короткие, сильные гамма-всплески также могут выделяться при слиянии нейтронных звезд.
Загадочные картины излучения
Однако существуют некоторые особенности гамма-всплесков, которые ставят перед учеными загадки. Так, световой спектр некоторых гамма-всплесков содержит, помимо основного импульса излучения, наложенные сложные структуры, которые напоминают волну с тремя пиками. Странность при этом состоит в том, что эти наложенные волны кажутся временными отражениями самих себя. Если поставить вершину в начале импульса, а другую, наоборот, в конце импульса и слегка растянуть одну над другой, они полностью совпадают.
Но что же создает эти загадочные сигнатуры лучей? «Эти функции не появляются в известных моделях», - говорят Джон Хаккила из Университета Чарльстона и Роберт Немирофф из Мичиганского технологического университета. Поэтому они разработали сценарий, который может объяснить такие структуры излучения - но довольно экзотическим способом.
Сквозь "звуковой барьер" локального света
Суть нового сценария - ударная волна, исходящая от коллапсирующей звезды. Она ускоряется внутри струи излучения до такой степени, что превышает скорость света, возможную в этой среде - и она эффективно пробивает «звуковой барьер» света. На первый взгляд, это противоречит теории относительности Альберта Эйнштейна, согласно которой ничто не может быть быстрее света.
Но этот закон природы действует только для света в вакууме. В других средах, таких как сильные магнитные поля или специальные материалы, нормальная скорость излучения может замедляться. В результате импульс излучения вполне может превышать локальную скорость света. Таким образом, он оказывается быстрее, чем свет в локальной среде, но не по отношению к максимальной скорости света в вакууме.
«Такое сверхсветовое движение почти неизбежно, когда в среду попадает релятивистская струя особо высокой мощности», - объясняют Хаккила и Немирофф. Это происходит даже тогда, когда гамма-фотон попадает в земную атмосферу.
Обратная временная последовательность
Основной момент: этот сценарий мог бы объяснить, почему диаграммы излучения появляются на световых кривых некоторых гамма-всплесков, которые словно обращаются вспять во времени. «Для стороннего наблюдателя такая сверхсветовая ударная волна предшествует собственному, конически расширяющемуся излучению», - объясняют исследователи. Принцип можно сравнить с самолетом, который преодолел звуковой барьер.
Однако, если наблюдатель располагается к реактивной струе фронтально, он не видит эмиссионный конус, а регистрирует только последовательность эмиссионных импульсов - но в непривычном порядке. «Он сначала видит последние эмиссии ударной волны, а затем последовательно приходят ударные волны от предыдущих выбросов», - сказали исследователи. Таким образом, порядок импульсов во времени меняется на противоположный - точно также, как на диаграммах направленности гамма-всплесков.
С опорой на наблюдения?
Мог ли этот эффект вызвать загадочные сигнатуры гамма-излучения, астрономы проверили, проведя подробный анализ характеристик излучения. «Наши результаты подтверждают предположение, что эти закономерности связаны с цепочками событий, обращенных во времени», - заявляют Хаккила и Немирофф. В 80 процентах наиболее ярких гамма-импульсов были обнаружены признаки таких эффектов.
«Стандартные модели гамма-всплесков пренебрегали этими обратимыми во времени характеристиками световой кривой», - говорит Хаккила. - «Сверхбыстрое движение струи объясняет ее свойства, не противореча стандартным моделям». Но как бы там ни было, что такое сверхсветовые ударные волны в реактивных струях и как они ускоряются, пока доподлинно неизвестно.
