C'est une pierre angulaire de la physique moderne que rien dans l'Univers n'est plus rapide que la vitesse de la lumière (c). Cependant, la théorie d'Einstein de la relativité restreinte permet des cas où certaines influences apparaître voyager plus vite que la lumière sans violer la causalité. Ce sont ce que l'on appelle les «barrages photoniques», un concept similaire à un boom sonique, où les taches de lumière sont faites pour se déplacer plus rapidement que c.
Et selon une nouvelle étude de Robert Nemiroff, professeur de physique à la Michigan Technological University (et co-créateur de Astronomy Picture of the Day), ce phénomène pourrait aider à éclairer (sans jeu de mots!) Le cosmos, nous aidant à cartographier avec une plus grande efficacité.
Considérez le scénario suivant: si un laser est balayé sur un objet éloigné - dans ce cas, la Lune - le point de lumière laser se déplacera sur l'objet à une vitesse supérieure à c. Fondamentalement, la collecte de photons est accélérée au-delà de la vitesse de la lumière lorsque le spot traverse à la fois la surface et la profondeur de l'objet.
Le «boom photonique» qui en résulte se présente sous la forme d'un flash, qui est vu par l'observateur lorsque la vitesse de la lumière passe du superluminaire à une vitesse inférieure à la vitesse de la lumière. Elle est rendue possible par le fait que les taches ne contiennent aucune masse, ne violant ainsi pas les lois fondamentales de la relativité restreinte.
Un autre exemple se produit régulièrement dans la nature, où des faisceaux de lumière provenant d'un pulsar balayent des nuages de poussières spatiales, créant une coquille sphérique de lumière et de rayonnement qui se dilate plus rapidement que c lorsqu'elle intersecte une surface. Il en va de même pour les ombres se déplaçant rapidement, où la vitesse peut être beaucoup plus rapide et non limitée à la vitesse de la lumière si la surface est angulaire.
Lors d'une réunion de l'American Astronomical Society à Seattle, Washington plus tôt ce mois-ci, Nemiroff a partagé comment ces effets pourraient être utilisés pour étudier l'univers.
«Les booms photoniques se produisent assez fréquemment autour de nous», a déclaré Nemiroff dans un communiqué de presse, «mais ils sont toujours trop brefs pour être remarqués. Dans le cosmos, ils durent assez longtemps pour s'en apercevoir - mais personne n'a pensé à les chercher! »
Selon lui, les balayages supraluminiques pourraient être utilisés pour révéler des informations sur la géométrie tridimensionnelle et la distance des corps stellaires comme les planètes voisines, les astéroïdes qui passent et les objets distants éclairés par des pulsars. La clé est de trouver des moyens de les générer ou de les observer avec précision.
Aux fins de son étude, Nemiroff a considéré deux exemples de scénarios. Le premier impliquait un faisceau balayé à travers un objet sphérique diffusant - c'est-à-dire des taches de lumière se déplaçant à travers la Lune et des compagnons pulsar. Dans le second, le faisceau est balayé à travers une «paroi plane diffusante ou un filament linéaire» - dans ce cas, la nébuleuse variable de Hubble.
Dans le premier cas, les astéroïdes pouvaient être cartographiés en détail à l'aide d'un faisceau laser et d'un télescope équipé d'une caméra à haute vitesse. Le laser pourrait être balayé sur la surface des milliers de fois par seconde et les flashs enregistrés. Dans ce dernier, des ombres sont observées passant entre l'étoile brillante R Monocerotis et la poussière réfléchissante, à des vitesses si élevées qu'elles créent des booms photoniques qui sont visibles pendant des jours ou des semaines.
Ce type de technique d'imagerie est fondamentalement différent des observations directes (qui reposent sur la photographie de l'objectif), du radar et du lidar conventionnel. Il est également distinct du rayonnement de Cherenkov - le rayonnement électromagnétique émis lorsque les particules chargées traversent un milieu à une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière dans ce milieu. Un exemple typique est la lueur bleue émise par un réacteur nucléaire sous-marin.
Combiné avec les autres approches, il pourrait permettre aux scientifiques d'obtenir une image plus complète des objets de notre système solaire, et même des corps cosmologiques éloignés.
L'étude de Nemiroff a été acceptée pour publication par les Publications de la Société Astronomique d'Australie, avec une version préliminaire disponible en ligne sur arXiv Astrophysics
Lectures complémentaires:
Communiqué de presse de Michigan Tech
Robert Nemiroff / Michigan Tech
