Dans un coin éloigné de l'univers, quelque chose voyage plus vite que la lumière.
Non, les lois de la physique ne sont pas violées: il est toujours vrai que rien ne peut voyager plus vite que la lumière dans le vide de l'espace vide. Mais lorsque la lumière traverse la matière, comme le gaz interstellaire ou une soupe de particules chargées, elle ralentit, ce qui signifie que d'autres matières pourraient la dépasser. Et cela peut expliquer l'étrange symétrie des impulsions de certaines des lumières les plus énergétiques de l'univers, appelées rafales de rayons gamma.
Ces éclats cryptiques - des éclairs lumineux de rayons gamma provenant de galaxies lointaines - se forment lorsque des étoiles massives s'effondrent ou lorsque des étoiles à neutrons ultradenses entrent en collision. Ces cataclysmes envoient des jets de vitesse de plasma chaud et chargé zoomant dans l'espace.
Mais ces signaux ont une symétrie étrange, et la raison pour laquelle ils le font est toujours un mystère.
Un éclat de rayons gamma n'éclaircit pas et ne faiblit pas dans un pic stable, mais plutôt dans un motif vacillant, a déclaré Jon Hakkila, astrophysicien au College of Charleston en Caroline du Sud.
Hakkila travaille sur ce puzzle depuis des années. Maintenant, lui et un collaborateur ont une solution: le plasma voyageant à la fois plus lentement et plus vite que la vitesse de la lumière pourrait expliquer ce modèle de scintillement, comme ils le rapportent dans un article publié le 23 septembre dans The Astrophysical Journal. S'ils ont raison, cela peut nous aider à comprendre ce qui produit réellement ces rayons gamma.
"Je trouve que c'est un grand pas en avant", qui relie les phénomènes à petite échelle dans le plasma à nos observations à grande échelle, a déclaré Dieter Hartmann, astrophysicien à l'Université Clemson qui n'était pas impliqué dans l'étude.
Au cours des dernières années, Hakkila a constaté que les sursauts gamma ont de petites fluctuations de luminosité en plus de leur éclaircissement et de leur atténuation globaux. Si vous soustrayez l'éclaircissement et la gradation globaux, vous vous retrouvez avec une série de pics plus petits - un pic principal avec des pics de luminosité plus petits avant et après. Et ce motif est étrangement symétrique. Si vous "pliez" le motif au sommet principal et étirez un côté, les deux côtés correspondent remarquablement bien. En d'autres termes, le motif lumineux de l'impulsion d'une salve de rayons gamma fait allusion à un ensemble d'événements en miroir.
"Tout ce qui s'est passé à l'avant s'est produit à l'arrière", a déclaré Hakkila. "Et les événements savaient se produire dans l'ordre inverse."
Bien que les astronomes ne sachent pas ce qui cause l'émission de salves de rayons gamma à l'échelle des particules, ils sont assez sûrs que cela se produit lorsque des jets de plasma se déplaçant près de la vitesse de la lumière interagissent avec les gaz environnants. Hakkila avait essayé de trouver des explications sur la façon dont ces situations pouvaient produire des impulsions lumineuses symétriques lorsqu'il a entendu Robert Nemiroff, astrophysicien à la Michigan Technological University.
Nemiroff étudiait ce qui se passe lorsqu'un objet se déplace à travers un milieu environnant plus rapidement que la lumière qu'il émet, appelée mouvement superluminaire. Dans des recherches antérieures, Nemiroff avait découvert que lorsqu'un tel objet passe d'un déplacement plus lent que la lumière à une vitesse supérieure à la lumière, ou vice versa, cette transition peut déclencher un phénomène appelé doublage d'image relativiste. Nemiroff s'est demandé si cela pouvait expliquer les motifs symétriques trouvés par Hakkila dans les impulsions de salve de rayons gamma.
Alors, qu'est-ce que le "doublage d'image relativiste?" Imaginez un bateau créant des ondulations alors qu'il se déplace à travers un lac vers la rive. Si le bateau voyage plus lentement que les vagues qu'il crée, une personne debout sur le rivage verra les ondulations du bateau heurter le rivage dans l'ordre où le bateau les a créées. Mais si le bateau voyage plus vite que les vagues qu'il crée, le bateau ne dépassera la première vague qu'il crée que pour créer une nouvelle ondulation devant celle-ci et ainsi de suite. De cette façon, les nouvelles ondulations créées par le bateau atteindront le rivage plus tôt que les premières vagues qu'il a créées. Une personne debout sur le rivage verra les ondulations toucher le rivage dans un ordre temporel inversé.
La même idée s'applique aux sursauts gamma. Si la cause d'un sursaut gamma se déplace plus rapidement que la lumière qu'elle émet à travers le gaz et la matière qui l'entoure, nous verrions le diagramme d'émission dans l'ordre chronologique inverse.
Hakkila et Nemiroff ont estimé que cela pourrait représenter la moitié de l'impulsion symétrique d'une salve de rayons gamma.
Mais que se passe-t-il si le matériau voyage d'abord plus lentement que la vitesse de la lumière, puis accélère? Et si ça commençait vite puis ralentissait? Dans les deux cas, nous pourrions voir l'émission à la fois dans l'ordre chronologique et dans l'ordre chronologique inverse juste après l'autre, créant un modèle d'impulsion symétrique comme les pics symétriques observés dans les sursauts gamma.
Il manque encore des pièces à ce puzzle. D'une part, les chercheurs ne savent toujours pas ce qui cause ces éclats à l'échelle microscopique. Mais ce modèle proposé donne aux chercheurs un petit indice dans la chasse pour trouver la cause ultime des sursauts gamma, a déclaré Hartmann.
