RÚSSIA — Um detector instalado no Observatório de Baksan registrou um fóton associado à GRB 221009A, explosão de raios gama mais brilhante já observada. A partícula tinha energia de 300 teraelétron-volts (TeV) e chegou à Terra aproximadamente uma hora depois de fótons menos energéticos do mesmo fenômeno.
O registro foi feito pelo detector de raios cósmicos Carpet, na Rússia. A GRB 221009A foi observada em outubro de 2022 e está relacionada a uma explosão extremamente energética provocada pelo colapso ou pela colisão de estrelas. O fóton percorreu cerca de dois bilhões de anos-luz até ser identificado.
A energia da partícula era cerca de 100 trilhões de vezes maior que a de um fóton de luz visível. Pelas leis conhecidas da física, porém, um fóton com esse nível de energia teria poucas chances de completar uma viagem tão longa.
O obstáculo no caminho
O espaço é preenchido pela radiação cósmica de fundo em micro-ondas, conhecida como CMB. Esse brilho remanescente do Big Bang pode interagir com fótons extremamente energéticos e convertê-los em outras partículas.
Para investigar como o fóton sobreviveu, pesquisadores do Instituto Nacional de Astrofísica da Itália (INAF) e do Instituto Nacional de Física Nuclear da Itália (INFN) analisaram duas possibilidades combinadas. A primeira envolve partículas semelhantes a áxions, chamadas ALPs. Um fóton poderia se transformar em uma ALP durante o trajeto e depois voltar a ser um fóton, reduzindo a interação com a radiação cósmica de fundo.
Os cálculos indicam, no entanto, que essa hipótese isolada ficaria aproximadamente 100 vezes aquém do necessário para explicar a detecção de um fóton de 300 TeV. Por isso, os pesquisadores acrescentaram a possibilidade de uma violação da invariância de Lorentz, fundamento da relatividade especial.
Alguns modelos de gravidade quântica admitem que as regras ligadas a esse princípio sofram alterações em níveis extremos de energia. Nesse cenário, o Universo poderia se tornar mais transparente para fótons de altíssima energia, permitindo que eles atravessassem o espaço com menos interações.
Atraso também entra na análise
O intervalo entre a chegada do fóton de alta energia e a dos fótons menos energéticos é outra característica considerada pelos pesquisadores. De acordo com o estudo, uma possível violação da invariância de Lorentz também poderia explicar esse atraso.
Giorgio Galanti, astrofísico do INAF, questionou: “como esse fóton sobreviveu a uma viagem que, de acordo com a física conhecida, deveria tê-lo destruído?”
Para Marco Roncadelli, astrofísico do INFN, o ponto central é a combinação de duas ideias antes desenvolvidas separadamente. Caso observações futuras confirmem o cenário, o Universo poderá ser usado como laboratório natural para investigar a gravidade quântica em energias superiores às alcançadas por aceleradores construídos na Terra.
A explicação ainda é um modelo teórico baseado na observação de um único fóton. Os pesquisadores afirmam que novas ocorrências semelhantes serão necessárias para avaliar se essa interpretação está correta. O estudo foi publicado na Physical Review Letters.
