La velocità della luce rappresenta il limite invalicabile che governa ogni fenomeno fisico, eppure l'universo sembra divertirsi a creare spettacolari illusioni che sfidano questa regola fondamentale. Gli astronomi osservano regolarmente eventi che sembrano muoversi più velocemente della luce, dalle esplosioni stellari ai getti di particelle sparati dai buchi neri, fenomeni che un tempo venivano liquidati come semplici curiosità ottiche. Oggi però questi "trucchi" cosmici si stanno rivelando strumenti preziosi per svelare i segreti più profondi dell'universo, offrendo informazioni che nessun'altra osservazione può fornire.
Quando le ombre corrono più della luce
L'astrofisico Robert Nemiroff della Michigan Technological University spiega il paradosso con chiarezza disarmante: nulla dotato di massa può accelerare oltre la velocità della luce, ma ombre, punti laser e fronti di illuminazione possono farlo costantemente intorno a noi. È lo stesso principio che ogni bambino sperimenta giocando con le ombre proiettate da una torcia: un piccolo movimento della mano genera salti enormi dell'ombra sulla parete. Nel cosmo, sorgenti di luce distanti e nubi di polvere fungono rispettivamente da lampada e schermo, creando effetti che possono raggiungere velocità apparenti fino a 50 volte quella della luce.
Un esempio perfetto arriva dalla galassia Centaurus A, distante 12 milioni di anni luce dalla Terra. L'astrofisico David Bogensberger dell'Università del Michigan ha tracciato un nodo luminoso nel getto di questa galassia che si comportava in modo bizzarro: nelle onde radio sembrava muoversi all'80% della velocità della luce, ma nei raggi X la stessa caratteristica appariva correre a 2,7 volte la velocità della luce. Questa discrepanza ha rivelato l'esistenza di due popolazioni distinte di plasma all'interno del getto, ciascuna con proprietà e movimenti differenti.
Gli echi luminosi che viaggiano nel tempo
La storia di queste illusioni superluminali inizia nel 1901, quando l'astronomo dilettante Thomas Anderson notò una nuova stella nella costellazione di Perseo che brillava più di tutte le altre. L'esplosione, successivamente chiamata Nova Persei 1901, mostrava strati esterni che sembravano espandersi a cinque volte la velocità della luce. Solo nel 1939 l'astronomo francese Paul Couderc riuscì a spiegare il fenomeno come un eco luminoso: la luce dell'esplosione colpiva nubi di polvere a angoli diversi, creando archi brillanti che sembravano superare la velocità della stessa luce che li causava.
Oggi, scienziati come Jon Hakkila dell'Università dell'Alabama stanno utilizzando questi principi per decifrare uno dei misteri più affascinanti dell'astrofisica: i lampi gamma. Questi improvvisi bagliori di luce ad alta energia, probabilmente causati da morti stellari violente o fusioni di stelle di neutroni, mostrano curve di luce con strutture a onde che spesso si specchiano, come se l'evento si svolgesse e poi si riavvolgesse.
Hakkila propone una spiegazione rivoluzionaria basata sul "raddoppio relativistico delle immagini". Quando un'onda all'interno di un getto di lampo gamma accelera da velocità subluminali a superluminali, attraversa il plasma e innesca un'esplosione di radiazioni. Poiché si muove temporaneamente più velocemente di quanto la luce possa viaggiare in quel mezzo, la luce emessa arriva all'osservatore in un ordine strano: prima come segnale normale, poi di nuovo al contrario. Il risultato è una curva di luce che sembra fare eco a se stessa.
Laboratori terrestri per fenomeni cosmici
Per prepararsi a sfruttare al meglio queste illusioni quando l'Osservatorio Vera C. Rubin inizierà a scandagliare il cielo meridionale ogni tre o quattro notti, alcuni ricercatori stanno sperimentando con questi effetti in laboratorio. Il fisico teorico Simon Horsley dell'Università di Exeter ha testato materiali come l'ossido di indio e stagno, spazzando laser attraverso di essi per simulare l'esperimento del puntatore laser sulla Luna. I suoi esperimenti rivelano che l'indice di rifrazione del materiale sembra spostarsi seguendo il movimento del laser a velocità che superano quella della luce.
Questi esperimenti terrestri potrebbero fungere da banco di prova per la fisica dietro le illusioni superluminali, aiutando gli astronomi a interpretare i segnali che potrebbero presto ricevere dai dati di Rubin. Dominik Hornof dell'Università Tecnologica di Vienna ha dimostrato che un oggetto in movimento vicino alla velocità della luce appare ruotare durante il passaggio nel nostro campo visivo, e che un piccolo cambiamento nell'angolazione di osservazione può far sembrare che si muova a 22 volte la velocità della luce.
Verso nuove scoperte cosmiche
L'apertura dell'era dell'astronomia ad alta cadenza temporale promette di rivelare molte più illusioni di questo tipo. Matt Nicholl della Queen's University Belfast sottolinea come queste osservazioni possano fornire informazioni cruciali sull'energia dei getti cosmici, rivelando dettagli sulla stabilità delle stelle di neutroni e sulla pressione nei loro nuclei.
Nemiroff prevede che potrebbero esistere molte altre illusioni ancora da scoprire, incluse le sue immagini doppie, se si verificano come previsto. Paragona la situazione a come il lensing gravitazionale sia iniziato come idea di nicchia prima di essere osservato in abbondanza. Oggi centinaia di eventi di lensing vengono studiati regolarmente, e lo stesso potrebbe accadere per i fenomeni superluminali come i doppi eventi immagine o il più semplice esempio di un getto che attraversa una nube di polvere cosmica, proprio come un puntatore laser che sfiora la superficie lunare.