Wat is er sneller dan de lichtsnelheid?

In 2018 merkten astronomen die de ruïnes van twee botsende neutronensterren in beelden van de Hubble-ruimtetelescoop onderzochten iets bijzonders: een stroom heldere hoogenergetische ionen, die met zeven keer de snelheid van het licht in de richting van de aarde wegschoof.

Dat leek niet te kloppen, dus herberekende het team met waarnemingen van een andere radiotelescoop. Bij die waarnemingen vloog de stroom slechts vier keer de snelheid van het licht voorbij.

Dat leek nog steeds niet goed. Niets in het heelal kan sneller gaan dan de lichtsnelheid. Toevallig was het een illusie, een studie gepubliceerd in het tijdschrift Natuur eerder deze maand uitgelegd.

[Related: Have we been measuring gravity wrong this whole time?]

Het fenomeen dat ervoor zorgt dat deeltjes in de ruimte sneller lijken te reizen dan het licht, wordt superluminale beweging genoemd. De uitdrukking past bij de illusie: het betekent „meer dan licht“, maar beschrijft eigenlijk een truc waarbij een object dat naar je toe beweegt veel sneller lijkt dan zijn werkelijke snelheid. Er zijn daar hoogenergetische stromen in de ruimte die kunnen doen alsof ze sneller bewegen dan het licht – tegenwoordig zien astronomen een groeiend aantal van hen.

„Ze zien eruit alsof ze door de lucht bewegen, waanzinnig snel, maar het is gewoon dat ze tegelijkertijd naar je toe en door de lucht bewegen“, zegt Jay Anderson, een astronoom aan het Space Telescope Science Institute in Maryland, die heeft uitgebreid samengewerkt met Hubble en heeft geholpen bij het schrijven van de Natuur papier.

Om de ware snelheid van hun jet te krijgen, vergeleken Anderson en zijn collega’s Hubble- en radiotelescoopwaarnemingen. Uiteindelijk schatten ze dat de jet direct op de aarde zoomde met ongeveer 99,95 procent van de snelheid van het licht. Dat is heel dicht bij de lichtsnelheid, maar niet helemaal sneller.

Inderdaad, voor zover wij tot nu toe weten, kan niets op of buiten onze planeet sneller reizen dan de snelheid van het licht. Dit is keer op keer bewezen door de wetten van de speciale relativiteitstheorie, een eeuw geleden op papier gezet door Albert Einstein. Licht, dat met ongeveer 670 miljoen mijl per uur beweegt, is de ultieme kosmische snelheidslimiet. Niet alleen dat, de speciale relativiteitstheorie stelt dat de lichtsnelheid een constante is, ongeacht wie of wat het waarneemt.

Maar de speciale relativiteit beperkt niet dat dingen super dicht bij de lichtsnelheid kunnen reizen (kosmische straling en de deeltjes van zonnevlammen zijn enkele voorbeelden). Dat is waar superluminale beweging begint. Naarmate iets naar je toe beweegt, neemt de afstand die het licht en beeld nodig hebben om je te bereiken af. In het dagelijks leven is dat niet echt een factor: zelfs schijnbaar snelle dingen, zoals een vliegtuig dat door de lucht boven je beweegt, komen nergens in de buurt van de snelheid van het licht.

[Related: Check out the latest version of Boom’s supersonic plane]

Maar wanneer iets met hoge snelheden met honderden miljoenen mijlen per uur in de juiste richting beweegt, neemt de afstand tussen het object en de waarnemer (of het nu een persoon of een cameralens is) zeer snel af. Dit geeft de illusie dat iets sneller nadert dan het in werkelijkheid is. Noch onze ogen, noch onze telescopen kunnen het verschil zien, wat betekent dat astronomen de werkelijke snelheid van een object moeten berekenen op basis van gegevens die in afbeeldingen zijn verzameld.

De onderzoekers achter de nieuwe Natuur papier waren niet de eersten die worstelden met superluminale beweging. Sterker nog, ze zijn meer dan een eeuw te laat. In 1901 vingen astronomen die de nachtelijke hemel afspeurden een glimp op van een nova in de richting van het sterrenbeeld Perseus. Het waren de overblijfselen van een witte dwerg die de buitenste schillen van een nabijgelegen gasreus opat, kortstondig helder genoeg oplichtend om met het blote oog te zien. Astroomers vingen een luchtbel op die in razend tempo uit de nova werd opgeblazen. Maar omdat er op dat moment geen algemene relativiteitstheorie bestond, verdween de gebeurtenis snel uit het geheugen.

In de jaren zeventig en tachtig kreeg het fenomeen weer een boost. Tegen die tijd vonden astronomen allerlei vreemde hoogenergetische objecten in verre uithoeken van het universum: quasars en actieve sterrenstelsels, die allemaal materiaalstralen konden afschieten. Meestal werden deze objecten aangedreven door zwarte gaten die hoogenergetische stralen uitspuwden die bijna met de snelheid van het licht bewogen. Afhankelijk van de massa en sterkte van het zwarte gat waar ze vandaan komen, kunnen ze zich duizenden, honderdduizenden of zelfs miljoenen lichtjaren uitstrekken om de aarde te bereiken.

Terwijl verre objecten dichterbij komen, kunnen noch onze ogen, noch onze telescopen het verschil zien, waardoor we de illusie krijgen dat ze steeds sneller bewegen.

Rond dezelfde tijd begonnen wetenschappers die radiogolven bestudeerden genoeg nep-speeders te zien om alarm te slaan. Ze vonden zelfs een straaljager uit een ver sterrenstelsel die met bijna 10 keer de snelheid van het licht leek te racen. De waarnemingen wekten behoorlijk wat onrust onder astronomen, hoewel de mechanismen toen goed begrepen waren.

In de decennia daarna zijn waarnemingen van superluminale beweging opgeteld. Astronomen zien een steeds groter aantal jets door telescopen, met name degenen die door de ruimte zweven, zoals Hubble of de James Webb Space Telescope. Wanneer licht niet door de atmosfeer van de aarde hoeft te gaan, kunnen hun vangsten een veel hogere resolutie hebben. Dit helpt teams om meer jets te vinden die verder weg zijn (zoals van oude, verre sterrenstelsels), en het helpt hen om dichterbij gelegen jets gedetailleerder te bekijken. „Dingen vallen veel beter op in Hubble-afbeeldingen dan in afbeeldingen op de grond“, zegt Anderson.

[Related: This image wiggles when you scroll—or does it?]

Neem bijvoorbeeld het verre melkwegstelsel M87, waarvan het gigantische centrale zwarte gat een jet lanceerde die blijkbaar tussen de 4 en 6 keer de snelheid van het licht klokte. Tegen de jaren negentig kon Hubble daadwerkelijk in de stroom van energie kijken en onthullen welke delen hij met verschillende snelheden bewoog. „Je kon echt objecten in de jet zien bewegen en je zou de locaties van die functies kunnen meten“, legt Anderson uit.

Er zijn goede redenen voor astronomen om geïnteresseerd te zijn in dergelijke halsbrekende jets, vooral nu. In het geval van de verpletterende neutronensterren uit de Natuur studie veroorzaakte de crash een gammastraaluitbarsting, een type hoogenergetische explosie die nog steeds slecht wordt begrepen. De gebeurtenis veroorzaakte ook een storm van zwaartekrachtsgolven, waardoor er een golf in de ruimte-tijd ontstond die onderzoekers nu kunnen oppikken en observeren. Maar totdat ze een vreemde nieuwe fysica ontdekken in de materie die door de ruimte vliegt, blijft de snelheid van het licht de harde limiet.

Kommentar verfassen

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert