Qual é o objeto que se move mais rápido no universo?

Sabemos que nada pode ter velocidades apropriadas maiores que a velocidade da luz no vácuo. Mas existem objetos no espaço que se aproximam dele? Algum cometa ou outro objeto jogado por gravidade ou explosão de supernova que foi arremessado a velocidades incríveis?

A resposta para isso é surpreendente:

Nós estamos.

E muitas (se não todas) outras galáxias.

E eles se movem mais rápido que a luz.

Veja, o universo está se expandindo, a um ritmo acelerado . O tecido do próprio espaço-tempo se estende, de modo que as galáxias parecem se afastar uma da outra. O interessante é que a relatividade não os proíbe de se afastar mais rápido que a luz. Enquanto o espaço local é plano e a velocidade da luz local deve ser mantida, isso não precisa se sustentar em escala global; portanto, é possível ter quadros que se afastam um do outro mais rápido que . De fato, existem algumas galáxias que estão se afastando de nós mais rápido que a luz ( a única razão pela qual as vemos é que elas costumavam estar mais próximas e se movendo a uma velocidade mais lenta$c$) Qualquer par de galáxias distantes 4200 Mpc (ou seja, com um desvio para o vermelho de 1,4) está se afastando mais rápido que a luz nos quadros um do outro (números roubados da página vinculada).

Como a única maneira consistente de falar sobre movimento é relativa, pode-se dizer que estamos nos afastando de outras galáxias mais rápido que a luz, pois o inverso também é verdadeiro. Isso pode colocar galáxias no balde dos objetos em movimento mais rápido do universo. Quanto que é o mais rápido, eu não sei, teríamos de encontrar um par de galáxias que estão mais longe apart (distância medida no quadro da galáxia, é claro), mas desde que o universo é provavelmente mais do que o que observamos ¹ , não podemos identificar o par de galáxias para as quais isso é verdade.

Para aqueles que pensam que é trapaça ^2, colocar um curto-circuito na questão com a expansão do espaço, há outros objetos que vão mais rápido que a luz (embora não sejam os objetos mais rápidos do universo), e podem ser encontrados em boas condições. Terra.

Elétrons :

Nas piscinas de resfriamento de reatores nucleares ³ , temos um fenômeno conhecido como radiação Cerenkov . Basicamente, as partículas beta emitidas se movem mais rápido que a velocidade da luz na água. Isso cria um efeito de origem semelhante ao do boom sônico, onde uma luz forte emana do meio.

Diga o quê? Você acha que eu estou trapaceando novamente ² colocando tudo em relação à velocidade da luz em um meio?

Tudo bem, tudo bem. Aqui estão alguns objetos rápidos que não exigem que a expansão do espaço seja rápida, nem envolvem nenhum truque da semântica em que o meio em que estão sendo medidos não é mencionado. Muitos já foram mencionados pelo astromax.

• Tachyons : São partículas que vão mais rápido que- isso não viola a relatividade, desde que nunca desacelere para velocidades subluminais. No entanto, não há muitas evidências experimentais para isso. Muitos modelos de BSM prevêem sua existência, no entanto. Portanto, ainda há algumas trapaças aqui, sobre a questão bradônica:$c$

• Glúons : são sem massa e, embora não ocorram livremente (exceto possivelmente nas bolas de glúteo , embora provavelmente tenham massa), viajam em . Mas eles não podem se mover em nenhuma outra velocidade, então, novamente, isso é um pouco de trapaça. Sobre a matéria fermiônica:$c$

• Neutrinos : Agora, esses são candidatos viáveis. Sabe-se que o neutrino eletrônico tem muito, muito pouca massa (temos um limite superior para ele, o que dá) e, como resultado, pode facilmente atingir velocidades muito altas. Coloque-o em um campo gravitacional e ele vai ainda mais rápido. Se você deseja objetos macroscópicos, no entanto:

• Coisas em espiral ao redor de buracos negros em rotação : os buracos negros têm um forte campo gravitacional e, ao girar, podem transmitir momento angular (muito) a objetos próximos, como discos de acúmulo. Objetos próximos a um buraco negro são acelerados a velocidades bastante altas. De fato, se um objeto está dentro da ergosfera , ele se move mais rápido que a luz do ponto de vista de certos quadros de referência.
• Coisas que caem em buracos negros : a partir da moldura distante, um objeto acelera e se aproxima da velocidade da luz à medida que se aproxima do horizonte de um buraco negro. Velocidades arbitrariamente grandes limitadas por podem ser obtidas aqui.$c$
• Jatos de plasma para buracos negros : os jatos sendo lançados para fora dos buracos negros podem ficar muito rápidos em relação um ao outro.

^{1. Devido à expansão cósmica, pode haver galáxias que não são mais visíveis para nós. Algumas galáxias podem nunca ter sido visíveis para nós, se começarmos a observar quando as galáxias começaram a se formar.}

^{2. Eu, por exemplo, concordo com você.}

^{3. E outros lugares onde você tem partículas maciças sendo emitidas muito rapidamente em um meio}

Há também outra partícula mediadora que se move na velocidade da luz que não seja o fóton. Este é o glúon , que é a partícula de troca pela força forte. O estranho no glúon é que ele nunca é visto por si só (ou seja, fora das coleções de outros glúons).

Além disso, embora neutrinos fazer , de fato, têm massa, eles são partículas neutras. Por que estou falando disso, porque em explosões de supernovas os neutrinos podem chegar antes dos fótons em algumas circunstâncias - eles não interagem com partículas carregadas. Além disso, por serem partículas que interagem fracamente, elas passam por quantidades consideráveis ​​de massa (ou seja, poeira e gás) antes que uma interação possa ocorrer. O que isso significa é que, se você pudesse detectar os neutrinos provenientes de uma supernova, isso poderia alertar antecipadamente que os fótons seguiriam em breve. Isso lhe daria tempo para medir sua curva de luz (consulte: SNEWS: O sistema de aviso prévio SuperNova ).

Existem muitos objetos em movimento rápido na astrofísica.

Um bom lugar para se mover relativisticamente é perto do horizonte de eventos de um buraco negro. Uma simples estimativa newtoniana ilustra o ponto. O buraco negro tem toda a sua massa oculta sob um horizonte de eventos do raio de ordem . Um objeto que se move circularmente no campo gravitacional de um buraco negro no raio , em que , teria velocidade orbital newtoniana igual a .$M$$r_{g}=\dfrac{2GM}{c^2}$$\alpha r_{g}$$\alpha>1$$v$$v=\sqrt{\dfrac{GM}{\alpha r_g}}=\dfrac{c}{\sqrt{2\alpha}}$

Esta é uma estimativa quilitativa da escala de velocidade. Da relatividade geral, não há órbitas circulares estáveis ​​em , mas qualquer corpo terá aceleração adicional ao inspirar no buraco negro. Para adicionar um pouco de complexidade, quando se começa a pensar em termos de relatividade geral, é preciso se perguntar o que realmente queremos dizer com velocidade dos objetos e sobre esse tipo de perguntas.$\alpha<3$

No entanto, a conclusão acima está correta: No campo dos buracos negros, objetos intactos podem obter velocidades relativísticas, comparáveis ​​à velocidade da luz .

Existem muitos exemplos físicos de tais sistemas: buracos negros degradadores binários, buracos negros que se fundem com estrelas de nêutrons, buracos negros supermassivos e anãs brancas etc. componentes para serem ejetados e se tornarem flutuantes. Que eu saiba, não há corpos astrofísicos relativísticos flutuantes livres conhecidos, mas alguns deles são realmente provavelmente produzidos a partir de pedaços de material ejetado a velocidades levemente relativísticas durante fusões envolvendo buracos negros.

Uma outra possibilidade rara é ter um sistema binário compacto no campo de um buraco negro supermassivo, que está sendo interrompido devido à interação com ele. No entanto, a probabilidade de tal interrupção acontecer quando o binário compacto está prestes a se fundir é muito baixa.

Outra classe onipresente de objetos são os jatos relativísticos, que são correntes ultrarelativistas de plasma, produzidas principalmente quando alguma acreção em um buraco negro está ocorrendo. As partículas nesses jatos se movem a velocidades altamente relativíticas, embora a natureza exata da formação de jatos ainda não seja completamente compreendida. Finalmente, há muitas partículas relativísticas presentes no fundo, como partículas de raios cósmicos e neutrinos.

Uma última coisa a mencionar seria plasmas que estão em temperaturas relativísticas (da ordem ) e que, portanto, contêm partículas (principalmente elétrons) se movendo relativisticamente. É raro que os plasmas obtenham temperaturas tão altas, mas é definitivamente possível durante a supernova de colapso do núcleo.$10^9 K$

Finalmente, nos estágios suficientemente iniciais do Big Bang, absolutamente tudo no Universo estava se movendo relativisticamente!

Edit : Mais algumas coisas que vieram à minha mente depois: 1) Feixes de partículas artificiais em aceleradores de partículas são objetos relativísticos, macroscópicos, mas não astrofísicos. 2) Se existe vida inteligente no Universo, ele também pode ter produzido objetos relativísticos de escala macroscópica, mas também provavelmente não astrofísica (como naves espaciais).

5/2013 Eu estava pensando:

Se alguém pesquisar a pergunta, você recebe respostas da Terra: chita, carros, aviões. Eu queria saber no universo. Eu estava pensando no "experimento mental" de uma escada em movimento à velocidade da luz que se contrai o suficiente para caber em uma garagem muito pequena. Eu raciocinei se NÃO existe massa macro (como uma escada) no universo que se aproxima da velocidade da luz, qual é o objetivo do experimento de pensamento da escada?

Depois, li sobre a rapidez com que o NGC 1365 gira: "girando tão rápido que sua superfície está viajando quase à velocidade da luz". Comunicado de imprensa: 2013-07, 27/2/13 01:00:00 PM EST

Geralmente se lê que seria preciso energia infinita para mover a massa para a velocidade da luz. Eu raciocinei que é por isso que geralmente se ouve sobre partículas sem massa se movendo na velocidade da luz (fótons e?). Mas agora temos o NGC 1365 girando quase à velocidade da luz, com seus dois números de massa e rotação. Não tenho certeza do que é "quase" - digamos 90% ou?

Apesar de estarmos falando sobre a velocidade de rotação, no entanto, a 3 milhões de quilômetros de diâmetro, este buraco negro NGC 1365 com massa é certamente a massa de velocidade mais rápida que conhecemos no universo, certo?

Eu raciocino: o artigo diz "Imagine uma esfera com mais de 2 milhões de milhas de diâmetro" - essa descrição é seu diâmetro, D = 2.000.000 de milhas ou 3.218.688 km.

A circunferência deste objeto é Pi x D = 3,14 x 3.281.688 km = 10.106.680,32 km.

A questão interessante é como é para um objeto que fica na tangente à circunferência ["circunferência" significa "Órbita Circular Estável Interna", no ponto em comum com a linha e a Órbita Circular Estável Interna]. Perco o controle se isso aumenta a precisão vs. a precisão? Com um objeto de 2.000.000 milhas de diâmetro, é um "ponto" em sua Órbita Circular Estável Interna igual a um caminhão semi, um carro pequeno, uma geladeira, um livro, mármore, molécula ou átomo ???

Qualquer que seja o tamanho da massa neste momento, a tangente à Órbita Circular Estável Mais Interna descreve uma assíntota com um comprimento "macro". O movimento da massa ao longo desta assíntota explica sua velocidade, linha reta. Portanto, essa deve ser a velocidade mais alta, a linha reta, e não a angular, a massa que conhecemos no universo. DIREITA??? Acelera a matéria angular x linha reta (tem efeito) em um objeto grande. Estamos em um planeta girando e não percebemos sua velocidade.

obrigado, JMc

As estrelas de hipervelocidade mais rápidas devem percorrer 900 km / s 2 milhões de mph https://www.space.com/19748-hypervelocity-stars-milky-way.html

Os quasares são um exemplo óbvio de matéria com velocidade próxima à velocidade da luz.

Quando a matéria acelerada no feixe se aproxima da velocidade da luz, os jatos astrofísicos se tornam jatos relativísticos, pois mostram efeitos de uma relatividade especial.

https://en.wikipedia.org/wiki/Astrophysical_jet