Ny teori förklarar högenergetiskt fotons resa till jorden

Forskare har föreslagit en ny teori för att förklara hur en högenergetisk foton, från den ljusaste gammablixten någonsin (BOAT), kunde färdas över två miljarder ljusår till jorden utan att absorberas på vägen.

Gammablixten, officiellt betecknad GRB 221009A, upptäcktes den 9 oktober 2022. Denna explosion skickade en enorm mängd fotoner mot jorden, inklusive den mest högenergetiska fotonen som någonsin detekterats från en gammastrålningsburst. Fotone fångades upp av "Carpet"-detektorn vid Baksan-observatoriet i Kaukasus, Ryssland.

Problemet var att enligt nuvarande fysiklagar borde en partikel med så hög energi inte kunna färdas så långt. Rymden mellan jorden och utbrottskällan är inte tom utan fylld av "fossiliserad strålning", såsom fotoner från den kosmiska bakgrundsstrålningen (CMB). Högenergetiska fotoner skulle nästan oundvikligen interagera med dessa och omvandlas under en resa på 2 miljarder ljusår. Ändå anlände denna foton.

Forskargruppen föreslår att fotonen under sin resa omvandlades till en hypotetisk, extremt lätt partikel kallad ALP (axion-like particle). Väl inne i Vintergatans galax skulle den sedan ha omvandlats tillbaka till en foton. Denna mekanism ensam förklarade dock inte fotonens exceptionella energi.

Forskarna kombinerade hypotesen om ALPs med en princip från Albert Einsteins speciella relativitetsteori från 1905: "brott mot Lorentz-invarians". Deras hypotes är att vid extremt höga energier kan Lorentz-invariansen, som säger att fysikens lagar är desamma för alla observatörer oavsett hastighet, brytas. Detta skulle förändra fotonens utbredningsbeteende i rymden, vilket tillåter den att ta en "kosmisk motorväg" genom en till synes transparent del av rymden och undvika interaktioner som annars skulle ha förstört den.

Teorin förklarar även observationer: den högenergetiska fotonen anlände till jorden ungefär en timme efter lågenergetiska fotoner från samma gammablixt, vilket stämmer överens med modellens förutsägelser. Forskningen kan erbjuda ett sätt att studera kvantgravitation i ett naturligt laboratorium som sträcker sig över energiskalor långt bortom vad jordbaserade acceleratorer kan uppnå.