Es ist ein Eckpfeiler der modernen Physik, dass nichts im Universum schneller ist als die Lichtgeschwindigkeit (c). Einsteins Relativitätstheorie erlaubt jedoch Fälle, in denen bestimmte Einflüsse auftreten erscheinen schneller als Licht reisen, ohne die Kausalität zu verletzen. Dies sind sogenannte „photonische Booms“, ein Konzept ähnlich einem Sonic Boom, bei dem sich Lichtpunkte schneller bewegen als c.
Und laut einer neuen Studie von Robert Nemiroff, einem Physikprofessor an der Michigan Technological University (und Mitschöpfer des Astronomiebildes des Tages), kann dieses Phänomen dazu beitragen, ein Licht (kein Wortspiel!) Auf den Kosmos zu werfen und uns bei der Kartierung zu helfen es mit größerer Effizienz.
Stellen Sie sich das folgende Szenario vor: Wenn ein Laser über ein entferntes Objekt - in diesem Fall den Mond - bewegt wird, bewegt sich der Laserlichtpunkt mit einer Geschwindigkeit über dem Objekt c. Grundsätzlich wird die Sammlung von Photonen über die Lichtgeschwindigkeit hinaus beschleunigt, wenn der Punkt sowohl die Oberfläche als auch die Tiefe des Objekts durchquert.
Der resultierende „photonische Boom“ tritt in Form eines Blitzes auf, der vom Betrachter gesehen wird, wenn die Lichtgeschwindigkeit von superluminal auf unter die Lichtgeschwindigkeit abfällt. Möglich wird dies dadurch, dass die Spots keine Masse enthalten und damit nicht gegen die Grundgesetze der Speziellen Relativitätstheorie verstoßen.
Ein weiteres Beispiel tritt regelmäßig in der Natur auf, wo Lichtstrahlen eines Pulsars über Staubwolken im Weltraum strömen und eine kugelförmige Hülle aus Licht und Strahlung erzeugen, die sich schneller als c ausdehnt, wenn sie eine Oberfläche schneidet. Ähnliches gilt für sich schnell bewegende Schatten, bei denen die Geschwindigkeit viel schneller sein kann und nicht auf die Lichtgeschwindigkeit beschränkt ist, wenn die Oberfläche eckig ist.
Bei einem Treffen der American Astronomical Society in Seattle, Washington, Anfang dieses Monats teilte Nemiroff mit, wie diese Effekte zur Untersuchung des Universums genutzt werden könnten.
"Photonische Booms kommen ziemlich häufig um uns herum vor", sagte Nemiroff in einer Pressemitteilung, "aber sie sind immer zu kurz, um es zu bemerken." Draußen im Kosmos halten sie lange genug, um es zu bemerken - aber niemand hat daran gedacht, sie zu suchen! “
Superluminale Sweeps könnten verwendet werden, um Informationen über die dreidimensionale Geometrie und Entfernung von Sternkörpern wie nahegelegenen Planeten, vorbeifahrenden Asteroiden und entfernten Objekten, die von Pulsaren beleuchtet werden, zu enthüllen. Der Schlüssel liegt darin, Wege zu finden, um sie zu erzeugen oder genau zu beobachten.
Für die Zwecke seiner Studie betrachtete Nemiroff zwei Beispielszenarien. Das erste beinhaltete, dass ein Strahl über ein streuendes kugelförmiges Objekt gewischt wurde - d. H. Lichtpunkte, die sich über den Mond und Pulsar-Begleiter bewegten. Im zweiten Fall wird der Strahl über eine „streuende planare Wand oder ein lineares Filament“ geführt - in diesem Fall Hubbles variabler Nebel.
Im ersteren Fall könnten Asteroiden mit einem Laserstrahl und einem mit einer Hochgeschwindigkeitskamera ausgestatteten Teleskop detailliert kartiert werden. Der Laser konnte tausende Male pro Sekunde über die Oberfläche geschwemmt und die Blitze aufgezeichnet werden. In letzterem Fall werden Schatten beobachtet, die zwischen dem hellen Stern R Monocerotis und reflektierendem Staub mit so hohen Geschwindigkeiten verlaufen, dass sie photonische Ausleger erzeugen, die für Tage oder Wochen sichtbar sind.
Diese Art der Bildgebungstechnik unterscheidet sich grundlegend von direkten Beobachtungen (die auf Objektivfotografie beruhen), Radar und herkömmlichem Lidar. Es unterscheidet sich auch von der Cherenkov-Strahlung - elektromagnetische Strahlung, die emittiert wird, wenn geladene Teilchen mit einer Geschwindigkeit durch ein Medium gelangen, die größer ist als die Lichtgeschwindigkeit in diesem Medium. Ein typisches Beispiel ist das blaue Leuchten eines Unterwasser-Kernreaktors.
In Kombination mit den anderen Ansätzen könnten Wissenschaftler ein vollständigeres Bild von Objekten in unserem Sonnensystem und sogar von entfernten kosmologischen Körpern erhalten.
Nemiroffs Studie wurde zur Veröffentlichung durch die Veröffentlichungen der Astronomical Society of Australia angenommen. Eine vorläufige Version ist online bei arXiv Astrophysics erhältlich
Weiterführende Literatur:
Pressemitteilung von Michigan Tech
Robert Nemiroff / Michigan Tech
