Исследователи зафиксировали фотон с настолько высокой энергией, что согласно известным законам физики, он не должен был достичь Земли. Эта частица прошла около двух миллиардов световых лет в космосе, бросая вызов прогнозам распространения высокоэнергетических фотонов.
Данное открытие связано с GRB 221009A, самой яркой вспышкой гамма-излучения, когда-либо наблюдавшейся. Это явление было зарегистрировано в октябре 2022 года и является следствием чрезвычайно мощного взрыва, связанного с коллапсом или столкновением звезд.
Фотон был идентифицирован с помощью детектора космических лучей Carpet, установленного в Обсерватории Баксана в России. Частица обладала энергией в 300 тераэлектронвольт (ТэВ), что примерно в сто триллионов раз превышает энергию видимого света.
Проблема заключается в том, что пространство не является абсолютно пустым; оно насыщено реликтовым микроволновым фоновым излучением, известным как CMB, которое представляет собой остаточное свечение Большого взрыва. Когда крайне энергетичные фотоны взаимодействуют с этим излучением, они могут преобразовываться в другие частицы, поэтому фотон с наблюдаемой энергией должен был иметь малые шансы выжить в столь длительном путешествии.
Некоторые модели квантовой гравитации предполагают, что правила, касающиеся инвариантности Лоренца, могут изменяться при экстремальных уровнях энергии. В таких условиях Вселенная могла бы стать более прозрачной для фотонов сверхвысокой энергии, что можно сравнить с существованием своего рода «быстрой полосы» для этих частиц.
Дополнительное объяснение характеристики GRB 221009A
Эта гипотеза также потенциально может объяснить еще одну особенность, замеченную в GRB 221009A. Фотон с энергией 300 ТэВ достиг Земли примерно через час после фотонов с меньшей энергией. Согласно статье, другое исследование уже указывало, что такая задержка может быть связана с возможным нарушением инвариантности Лоренца.
Для исследователей наиболее значимым аспектом является объединение этих двух концепций, которые ранее разрабатывались независимо друг от друга. Астрофизик Марко Ронкаделли из INFN заявил: «Самый интересный аспект нашей работы в том, что впервые мы объединяем две идеи, которые до сих пор развивались отдельно».
Если будущие наблюдения подтвердят этот сценарий, Вселенная сможет функционировать как естественная лаборатория для изучения квантовой гравитации при энергиях, значительно превышающих возможности любого наземного ускорителя. Однако пока объяснение остается лишь теоретической моделью, основанной на наблюдении одного фотона, и потребуются новые аналогичные события для подтверждения этой теории.
