Ученые предложили новое объяснение тому, как фотон от мощнейшего космического взрыва со времен Большого взрыва, получившего прозвище BOAT (самый яркий за всю историю), смог достичь Земли, несмотря на запреты физических законов. Речь идет о гамма-всплеске GRB 221009A, зарегистрированном 9 октября 2022 года. Среди потока частиц от этого события был пойман фотон с рекордно высокой энергией, который уловил детектор Carpet, работающий в Баксанской обсерватории на российском Кавказе, сообщает Space.com.
Проблема заключалась в том, что согласно существующим представлениям, частица с такой энергией не должна была преодолеть расстояние более двух миллиардов световых лет. Пространство заполнено реликтовым излучением — фотонами, оставшимися после Большого взрыва, и при взаимодействии с ними высокоэнергетичная частица должна была поглотиться. Тем не менее фотон все же долетел до нашей планеты, что поставило перед исследователями вопрос о механизме его выживания.
Группа специалистов во главе с Джорджо Галанти из Национального института астрофизики Италии (INAF) задалась вопросом, как частица смогла избежать уничтожения в пути. Новые данные эксперимента Carpet показали, что прежние гипотезы не работают, поэтому ученые занялись поиском теоретической модели, способной непротиворечиво описать наблюдения без произвольных корректировок уравнений.
В качестве решения исследователи рассмотрели гипотетические сверхлегкие частицы, называемые аксионоподобными (ALP). Предполагается, что фотон мог превращаться в такие частицы во время путешествия, а затем снова становиться фотоном при приближении к Млечному Пути. Однако этот механизм не объяснял появление частицы столь высокой энергии, поэтому команда соединила его с идеей возможного нарушения одного из постулатов специальной теории относительности Эйнштейна — так называемой лоренц-инвариантности.
Согласно разработанному сценарию, при достаточно высоких энергиях фотоны могут двигаться через прозрачную Вселенную, избегая взаимодействий с реликтовыми фотонами. Интересно, что такая модель предполагает прибытие высокоэнергетичного фотона примерно через час после частиц света меньшей энергии, и это действительно совпало с наблюдениями. Как отметил участник исследования Марко Ронкаделли из Национального института ядерной физики (INFN), работа впервые объединяет две ранее развивавшиеся раздельно концепции, и если будущие наблюдения подтвердят сценарий, Вселенная станет естественной лабораторией для изучения квантовой гравитации при энергиях, недостижимых на земных ускорителях. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.