Tilbake i 2018 undersøkte astronomer ruinene av to kolliderte nøytronstjerner i Hubble Space Telescope-bilder la merke til noe særegent: en strøm av lyse høyenergi-ioner som stråle bort fra sammenslåingen i jordens retning med syv ganger lysets hastighet.
Det virket ikke riktig, så teamet beregnet på nytt med observasjoner fra et annet radioteleskop. I disse observasjonene fløy bekken forbi med bare fire ganger lysets hastighet.
Det virket fortsatt ikke riktig. Ingenting i universet kan gå raskere enn lysets hastighet. Som det skjer, var det en illusjon, en studie publisert i journalen Natur forklart tidligere denne måneden.
[Related: Have we been measuring gravity wrong this whole time?]
Fenomenet som gjør at partikler i rommet ser ut til å reise raskere enn lys kalles superluminal bevegelse. Uttrykket passer til illusjonen: Det betyr «mer enn lys», men beskriver faktisk et triks der en gjenstand som beveger seg mot deg, vises mye raskere enn dens faktiske hastighet. Det er høyenergistrømmer der ute i verdensrommet som kan late som om de beveger seg raskere enn lyset – i dag ser astronomer et økende antall av dem.
“De ser ut som de beveger seg over himmelen, vanvittig fort, men det er bare at de beveger seg mot deg og over himmelen samtidig,” sier Jay Anderson, en astronom ved Space Telescope Science Institute i Maryland som har jobbet mye med Hubble og hjulpet forfatteren Natur papir.
For å få jetflyets sanne hastighet, sammenlignet Anderson og hans samarbeidspartnere Hubble og radioteleskopobservasjoner. Til syvende og sist anslo de at jetflyet zoomet direkte mot jorden med rundt 99,95 prosent av lysets hastighet. Det er veldig nær lysets hastighet, men ikke så mye raskere enn det.
Faktisk, så vidt vi vet så langt, kan ingenting på eller utenfor planeten vår reise raskere enn lysets hastighet. Dette har blitt bevist gang på gang gjennom lovene om spesiell relativitet, satt på papir av Albert Einstein for et århundre siden. Lys, som beveger seg rundt 670 millioner miles per time, er den ultimate kosmiske fartsgrensen. Ikke bare det, spesiell relativitet holder fast at lysets hastighet er konstant uansett hvem eller hva som observerer den.
Men spesiell relativitet begrenser ikke ting fra å reise supernært lysets hastighet (kosmiske stråler og partiklene fra solflammer er noen eksempler). Det er der superluminal bevegelse starter. Når noe beveger seg mot deg, reduseres avstanden som lyset og bildet trenger for å nå deg. I hverdagen er det egentlig ikke en faktor: Selv tilsynelatende raske ting, som et fly som beveger seg gjennom himmelen over deg, beveger seg ikke i nærheten av lysets hastighet.
[Related: Check out the latest version of Boom’s supersonic plane]
Men når noe beveger seg i høye hastigheter med hundrevis av millioner av miles i timen i riktig retning, synker avstanden mellom objektet og oppfatteren (enten det er en person eller en kameralinse) veldig raskt. Dette gir en illusjon om at noe nærmer seg raskere enn det faktisk er. Verken øynene våre eller teleskopene våre kan se forskjellen, noe som betyr at astronomer må beregne et objekts faktiske hastighet fra data samlet inn i bilder.
Forskerne bak det nye Natur papir var ikke de første til å kjempe med superluminal bevegelse. Faktisk er de mer enn et århundre forsinket. I 1901 fikk astronomer som skannede nattehimmelen et glimt av en nova i retning av stjernebildet Perseus. Det var restene av en hvit dverg som spiste de ytre skallene til en gassgigant i nærheten, og lyste kort opp sterkt nok til å se med det blotte øye. Astronomer fanget en boble som blåste opp fra novaen i en rasende hastighet. Men fordi det ikke fantes noen generell relativitetsteori på den tiden, forsvant hendelsen raskt fra hukommelsen.
Fenomenet ble populær igjen på 1970- og 1980-tallet. Da fant astronomer alle slags merkelige høyenergiobjekter i fjerne hjørner av universet: kvasarer og aktive galakser, som alle kunne skyte ut stråler av materiale. Mesteparten av tiden ble disse objektene drevet av sorte hull som spydde ut høyenergistråler som nesten beveget seg med lysets hastighet. Avhengig av massen og styrken til det sorte hullet de kommer fra, kan de strekke seg i tusenvis, hundretusener eller til og med millioner av lysår for å nå Jorden.
Når fjerne objekter nærmer seg, kan verken øynene eller teleskopene våre se forskjell, noe som gir oss en illusjon om at de beveger seg raskere og raskere.
Omtrent samtidig, forskere som studerer radiobølger begynte å se nok faux-speeders til å slå alarm. De fant til og med et jetfly fra en fjern galakse som så ut til å være det racing med nesten 10 ganger lysets hastighet. Observasjonene fikk en god del alarm blant astronomer, selv om mekanismene da var godt forstått.
I tiårene siden har observasjoner av superluminal bevegelse økt. Astronomer ser et stadig økende antall jetfly gjennom teleskoper, spesielt de som flyter gjennom verdensrommet som Hubble eller James Webb-romteleskopet. Når lys ikke trenger å passere gjennom jordens atmosfære, kan fangstene deres ha mye høyere oppløsning. Dette hjelper teamene med å finne flere jetfly som er lenger unna (for eksempel fra eldgamle, fjerne galakser), og det hjelper dem å se nærmere jetfly i mer detalj. “Ting skiller seg mye bedre ut i Hubble-bilder enn de gjør i bakkebaserte bilder,” sier Anderson.
[Related: This image wiggles when you scroll—or does it?]
Ta for eksempel den fjerne galaksen M87hvem sin gigantiske sentrale svarte hull lanserte et jetfly som tilsynelatende klokket inn på mellom 4 og 6 ganger lysets hastighet. På 1990-tallet kunne Hubble faktisk se inn i strømmen av energi og avsløre at deler den reiste med forskjellige hastigheter. “Du kan faktisk se funksjoner i jetflyet som beveger seg, og du kan måle plasseringen av disse funksjonene,” forklarer Anderson.
Det er gode grunner for astronomer til å være interessert i slike halsbrekkende jetfly, spesielt nå. Når det gjelder de knusende nøytronstjernene fra Natur studie, forårsaket krasjet en gammastråleutbrudd, en type høyenergieksplosjon som fortsatt er dårlig forstått. Hendelsen vakte også en storm av gravitasjonsbølger, og forårsaket krusninger i rom-tid som forskere nå kan fange opp og observere. Men inntil de avdekker noe merkelig ny fysikk i saken som flyr gjennom verdensrommet, forblir lysets hastighet den harde grensen.