É uma pedra angular da física moderna que nada no Universo é mais rápido que a velocidade da luz (c) No entanto, a teoria da relatividade especial de Einstein permite casos em que certas influências aparecer viajar mais rápido que a luz sem violar a causalidade. Estes são o que são conhecidos como "barreiras fotônicas", um conceito semelhante a uma barreira sônica, em que pontos de luz são feitos para se moverem mais rápido do que c.
E, de acordo com um novo estudo de Robert Nemiroff, professor de física da Universidade Tecnológica de Michigan (e co-criador da imagem astronômica do dia), esse fenômeno pode ajudar a iluminar (sem trocadilhos!) O cosmos, ajudando-nos a mapear com maior eficiência.
Considere o seguinte cenário: se um laser for varrido por um objeto distante - neste caso, a Lua - o ponto da luz do laser se moverá através do objeto a uma velocidade maior que c. Basicamente, a coleção de fótons é acelerada além da velocidade da luz, à medida que o ponto atravessa a superfície e a profundidade do objeto.
O "boom fotônico" resultante ocorre na forma de um flash, que é visto pelo observador quando a velocidade da luz cai de superluminal para abaixo da velocidade da luz. Isso é possível pelo fato de os pontos não conterem massa, não violando as leis fundamentais da Relatividade Especial.
Outro exemplo ocorre regularmente na natureza, onde os raios de luz de um pulsar varrem as nuvens de poeira transportada pelo espaço, criando uma camada esférica de luz e radiação que se expande mais rapidamente que c quando cruza uma superfície. O mesmo se aplica às sombras em movimento rápido, onde a velocidade pode ser muito mais rápida e não se restringir à velocidade da luz se a superfície for angular.
Em uma reunião da Sociedade Astronômica Americana em Seattle, Washington, no início deste mês, Nemiroff compartilhou como esses efeitos poderiam ser usados para estudar o universo.
“Explosões fotônicas acontecem à nossa volta com bastante frequência”, disse Nemiroff em um comunicado à imprensa, “mas são sempre breves demais para serem notadas. No cosmos, eles duram o suficiente para serem notados - mas ninguém pensou em procurá-los!
Varreduras superluminais, afirma ele, poderiam ser usadas para revelar informações sobre a geometria tridimensional e a distância de corpos estelares, como planetas próximos, asteróides que passam e objetos distantes iluminados por pulsares. A chave é encontrar maneiras de gerá-los ou observá-los com precisão.
Para os propósitos de seu estudo, Nemiroff considerou dois cenários de exemplo. O primeiro envolveu um feixe sendo varrido por um objeto esférico disperso - ou seja, pontos de luz se movendo através da Lua e companheiros pulsares. No segundo, o feixe é varrido por uma "parede plana dispersa ou filamento linear" - nesse caso, a Nebulosa Variável de Hubble.
No primeiro caso, os asteróides poderiam ser mapeados em detalhes usando um raio laser e um telescópio equipado com uma câmera de alta velocidade. O laser pode ser varrido pela superfície milhares de vezes por segundo e os flashes gravados. Neste último, observam-se sombras passando entre a estrela brilhante R Monocerotis e refletindo a poeira, a velocidades tão grandes que criam explosões fotônicas que são visíveis por dias ou semanas.
Esse tipo de técnica de imagem é fundamentalmente diferente das observações diretas (que se baseiam na fotografia de lentes), radar e lidar convencional. Também é distinto da radiação de Cherenkov - radiação eletromagnética emitida quando partículas carregadas passam através de um meio a uma velocidade maior que a velocidade da luz nesse meio. Um exemplo disso é o brilho azul emitido por um reator nuclear subaquático.
Combinado com as outras abordagens, poderia permitir aos cientistas obter uma imagem mais completa dos objetos em nosso Sistema Solar e até dos corpos cosmológicos distantes.
O estudo de Nemiroff aceito para publicação pelas Publicações da Sociedade Astronômica da Austrália, com uma versão preliminar disponível on-line no arXiv Astrophysics
Leitura adicional:
Comunicado de imprensa da Michigan Tech
Robert Nemiroff / Michigan Tech
