Ragioni della reversibilità temporale osservata nei Gamma Ray Burst

I modelli standard dei Gamma Ray Burst trascurano le proprietà della reversibilità temporale della curva della luce. Il movimento superluminale all'interno del getto tiene conto di queste proprietà pur mantenendo molte caratteristiche del modello standard

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Il tempo, per quanto ne sappiamo, si muove solo in una direzione. Ma l’anno scorso, i ricercatori hanno scoperto eventi in alcuni scoppi di raggi gamma che sembravano riavvolgersi come se stessero andando indietro nel tempo.

Una nuova ricerca suggerisce una possibile risposta a ciò che potrebbe causare questo effetto di reversibilità temporale. Se le onde all’interno dei getti relativistici che producono esplosioni di raggi gamma viaggiano più velocemente della luce, a velocità “superluminali“, uno degli effetti potrebbe essere la reversibilità temporale.


Tali onde di accelerazione potrebbero effettivamente essere possibili. Sappiamo che quando la luce viaggia attraverso un mezzo (come gas o plasma), la sua velocità di fase è leggermente più lenta di c – la velocità della luce nel vuoto e, per quanto ne sappiamo, il limite massimo di velocità dell’Universo.

Pertanto, un’onda potrebbe viaggiare attraverso il getto di gas generato da uno scoppio di raggi gamma a velocità superluminale senza violare la relatività. Ma per capirlo, dobbiamo vedere l’origine di questi getti.

Le esplosioni di raggi gamma sono le esplosioni più energetiche dell’Universo. Possono durare da pochi millisecondi a diverse ore, sono straordinariamente brillanti e non sappiamo ancora con precisione ciò che le provoca.

Sappiamo, da osservazioni effettuate nel 2017, che quando le stelle di neutroni collidono possono generare scoppi di raggi gamma. Gli astronomi pensano anche che questi scoppi possano essere prodotti quando una stella massiccia, in rapida rotazione, collassa in un buco nero, espellendo violentemente materiale nello spazio circostante in una colossale ipernova.

Un tale buco nero è circondato da una nuvola di materiale di accrescimento che ruota attorno al suo equatore; se questa nuvola ruota abbastanza rapidamente, il fallback del materiale inizialmente esploso provocherà getti relativistici che vengono espulsi dalle regioni polari, facendo esplodere l’involucro esterno della stella progenitrice prima di produrre esplosioni di raggi gamma.

Ma torniamo a quelle onde che viaggiano più veloci della luce.

Sappiamo che viaggiando attraverso un mezzo, le particelle possono muoversi più velocemente della luce. Questo fenomeno è responsabile della famosa radiazione Cherenkov, spesso vista come un caratteristico bagliore blu. Quel bagliore – un “boom luminale” – viene prodotto quando particelle cariche come gli elettroni si muovono più velocemente attraverso l’acqua rispetto alla velocità di fase della luce.

Gli astrofisici Jon Hakkila, del College di Charleston, e Robert Nemiroff, della Michigan Technological University, credono che questo stesso effetto possa essere osservato nei getti di scoppio di raggi gamma e hanno condotto modelli matematici per dimostrarlo.

In questo modello un’onda di impatto in un getto di scoppio di raggi gamma in espansione accelera da velocità subluminali a superluminali o decelera da velocità superluminali a subluminali“, scrivono nel loro articolo.

L’onda del dispositivo di simulazione interagisce con il mezzo circostante per produrre l’effetto Cherenkov e/o altre radiazioni collisionali quando viaggia più veloce della velocità della luce in questo mezzo e altri meccanismi (come la radiazione termocompattata di Compton o sincrotrone) quando viaggia più lentamente della velocità di luce.

Queste transizioni creano sia una serie di curve di luce [forward-ray-burst] sia un time-forward e un reverse-reverse.

Si ritiene che tale raddoppio di immagini relativistiche si verifichi nei rivelatori CherenkovQuando una particella carica che si avvicina alla velocità della luce entra nell’acqua, si muove più velocemente della radiazione di Cherenkov che produce, e quindi, può ipoteticamente apparire in due punti contemporaneamente generando un’immagine che sembra muoversi in avanti nel tempo e un’altra che sembra muoversi all’indietro.

Intendiamoci, questo effetto non è stato ancora osservato sperimentalmente. Ma se ciò dovesse accadere, potrebbe anche essere responsabile del fenomeno della reversibilità temporale osservata nelle curve di luce delle raffiche di raggi gamma, che si verificano sia quando l’onda del dispositivo di simulazione che viaggia attraverso il getto accelera a velocità più elevate della luce, sia a velocità subluminali.

Sono necessari ulteriori studi, ovviamente. 

I ricercatori hanno ipotizzato che il dispositivo di simulazione responsabile della creazione di uno scoppio di raggi gamma sarebbe un’onda su larga scala prodotta da cambiamenti, diciamo, nella densità o nel campo magnetico. Ciò richiederà ulteriori analisi. E se i plasmi coinvolti non fossero trasparenti alle radiazioni superluminali, sarà tutto da rifare.

Tuttavia, i ricercatori hanno affermato che il loro modello fornisce spiegazioni migliori per le caratteristiche delle curve di luce nelle raffiche di raggi gamma rispetto ai modelli che non includono la reversibilità temporale.

I modelli standard dei Gamma Ray Burst trascurano le proprietà della curva della luce reversibile nel tempo“, ha spiegato Hakkila . “Il movimento del getto superluminale tiene conto di queste proprietà pur mantenendo molte caratteristiche del modello standard“.