Ở một góc xa của vũ trụ, một thứ gì đó đang di chuyển nhanh hơn ánh sáng.
Không, các định luật vật lý không bị vi phạm: Vẫn đúng là không có gì có thể đi nhanh hơn ánh sáng trong khoảng trống của không gian trống. Nhưng khi ánh sáng truyền qua vật chất, như khí liên sao hoặc súp các hạt tích điện, nó sẽ chậm lại, nghĩa là vật chất khác có thể vượt qua nó. Và điều đó có thể giải thích sự đối xứng kỳ lạ trong các xung của một số ánh sáng năng lượng nhất trong vũ trụ, được gọi là vụ nổ tia gamma.
Những vụ nổ mật mã này - những tia sáng gamma phát ra từ các thiên hà xa xôi - hình thành khi các ngôi sao khổng lồ sụp đổ hoặc khi các sao neutron cực mạnh va chạm vào nhau. Những thảm họa này gửi các máy bay phản lực phóng nhanh của plasma phóng điện, phóng to trong không gian.
Nhưng những tín hiệu này có sự đối xứng kỳ lạ, và lý do chúng làm vẫn là một bí ẩn.
Một vụ nổ tia gamma không sáng và mờ trong một đỉnh ổn định, mà thay vào đó là một mô hình nhấp nháy, Jon Hakkila, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Charleston ở Nam Carolina nói.
Hakkila đã làm việc với câu đố này trong nhiều năm. Bây giờ, ông và một cộng tác viên đã có một giải pháp: plasma di chuyển chậm và nhanh hơn tốc độ ánh sáng có thể giải thích mô hình nhấp nháy này, khi họ báo cáo trong một bài báo xuất bản ngày 23 tháng 9 trên Tạp chí Vật lý thiên văn. Nếu họ đúng, nó có thể giúp chúng ta hiểu những gì thực sự tạo ra các tia gamma này.
"Tôi thấy đó là một bước tiến tuyệt vời", kết nối các hiện tượng quy mô nhỏ trong plasma với các quan sát quy mô lớn của chúng tôi, Dieter Hartmann, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Clemson, người không tham gia nghiên cứu cho biết.
Trong vài năm gần đây, Hakkila đã phát hiện ra rằng các vụ nổ tia gamma có sự dao động nhỏ về độ sáng trên đỉnh của độ sáng và mờ tổng thể của chúng. Nếu bạn trừ đi độ sáng và độ mờ bao trùm, bạn sẽ còn lại một loạt các đỉnh nhỏ hơn - một đỉnh chính có các đỉnh sáng nhỏ hơn trước và sau. Và mô hình này là đối xứng kỳ lạ. Nếu bạn "gấp" mô hình lại ở đỉnh chính và kéo dài một bên, hai bên khớp rất tốt. Nói cách khác, mô hình ánh sáng của xung phát tia gamma gợi ý cho một tập hợp các sự kiện được nhân đôi.
"Bất cứ điều gì xảy ra ở phía trước đã xảy ra ở phía sau," Hakkila nói. "Và các sự kiện đã biết xảy ra theo thứ tự ngược lại."
Mặc dù các nhà thiên văn học không biết điều gì gây ra sự phát xạ tia gamma ở quy mô hạt, nhưng họ khá chắc chắn rằng điều đó xảy ra khi các tia plasma di chuyển gần tốc độ ánh sáng tương tác với các khí xung quanh. Hakkila đã cố gắng đưa ra những lời giải thích về việc làm thế nào những tình huống này có thể tạo ra xung ánh sáng đối xứng khi nghe từ Robert Nemiroff, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Công nghệ Michigan.
Nemiroff đang nghiên cứu những gì xảy ra khi một vật thể đi qua một môi trường xung quanh nhanh hơn ánh sáng mà nó phát ra, được gọi là chuyển động siêu âm. Trong nghiên cứu trước đây, Nemiroff đã phát hiện ra rằng khi một vật thể như vậy đi từ chậm hơn ánh sáng sang nhanh hơn ánh sáng, hoặc ngược lại, quá trình chuyển đổi này có thể gây ra một hiện tượng gọi là nhân đôi hình ảnh tương đối. Nemiroff tự hỏi liệu điều này có thể giải thích cho các mẫu đối xứng mà Hakkila tìm thấy trong các xung nổ tia gamma hay không.
Vậy chính xác thì "nhân đôi hình ảnh tương đối là gì?" Hãy tưởng tượng một chiếc thuyền tạo ra những gợn sóng khi nó di chuyển qua một cái hồ hướng về bờ. Nếu thuyền di chuyển chậm hơn sóng mà nó tạo ra, một người đứng trên bờ sẽ thấy những gợn sóng của thuyền đâm vào bờ theo thứ tự mà thuyền tạo ra. Nhưng nếu con thuyền di chuyển nhanh hơn sóng mà nó tạo ra, con thuyền sẽ vượt qua làn sóng đầu tiên mà nó tạo ra chỉ để tạo ra một gợn sóng mới ở phía trước sóng đó và cứ thế. Theo cách đó, những gợn sóng mới do thuyền tạo ra sẽ đến bờ sớm hơn những đợt sóng đầu tiên mà nó tạo ra. Một người đứng trên bờ sẽ thấy những gợn sóng đập vào bờ theo thứ tự đảo ngược thời gian.
Ý tưởng tương tự áp dụng cho các vụ nổ tia gamma. Nếu nguyên nhân của vụ nổ tia gamma truyền đi nhanh hơn ánh sáng phát ra từ khí và vật chất xung quanh nó, chúng ta sẽ thấy mô hình phát xạ theo thứ tự thời gian đảo ngược.
Hakkila và Nemiroff lập luận rằng điều này có thể chiếm một nửa xung đối xứng của chùm tia gamma.
Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu vật liệu đầu tiên di chuyển chậm hơn tốc độ ánh sáng, nhưng sau đó tăng tốc? Điều gì nếu nó bắt đầu nhanh và sau đó chậm lại? Trong cả hai trường hợp, chúng ta có thể thấy sự phát xạ theo thứ tự thời gian và thứ tự thời gian đảo ngược ngay sau nhau, tạo ra một dạng xung đối xứng giống như các đỉnh đối xứng quan sát được trong các vụ nổ tia gamma.
Vẫn còn thiếu những mảnh ghép cho câu đố này. Đối với một người, các nhà nghiên cứu vẫn không biết điều gì gây ra những vụ nổ này ở quy mô cực nhỏ. Nhưng mô hình đề xuất này cung cấp cho các nhà nghiên cứu một manh mối nhỏ trong cuộc săn lùng để tìm ra nguyên nhân cuối cùng của vụ nổ tia gamma, Hartmann nói.
