Un fotón procedente de una explosión lejana parece haber atravesado el Universo, aunque la física habitual predice que habría desaparecido durante el trayecto.
La historia comienza en octubre de 2022 con GRB 221009A, un estallido gamma excepcionalmente luminoso. Este tipo de evento corresponde a una liberación repentina de energía en el espacio. Este se produjo a más de 2.000 millones de años luz. Varios observatorios registraron entonces rayos gamma, es decir, fotones mucho más energéticos que la luz visible.
Posición de GRB 221009A vista desde la Tierra y línea de visión que atraviesa la Vía Láctea.
Crédito: NASA’s Goddard Space Flight Center
Entre ellos, el observatorio Carpet detectó un evento especialmente notable. Un primer análisis estimó su energía en unos 251 teraelectronvoltios. El análisis completo de los datos la sitúa ahora en unos 300 TeV. Se trataría del fotón más energético asociado a este estallido gamma en esta observación.
El problema está en su inmenso viaje. El espacio no está perfectamente vacío: contiene, entre otras cosas, la radiación cósmica de fondo, una luz muy antigua presente en todo el Universo. Un fotón tan energético puede encontrarse con uno de estos fotones y desaparecer durante la interacción. Tras miles de millones de años luz, sus probabilidades de llegar intacto se vuelven, por tanto, extremadamente bajas; un eufemismo para decir que es casi con toda seguridad imposible.
Giorgio Galanti y Marco Roncadelli estudiaron varias explicaciones. Examinaron, entre otras posibilidades, la idea de que los fotones pudieran transformarse temporalmente en partículas hipotéticas llamadas partículas similares a los axiones. En esta forma, parte de la radiación podría viajar con mayor facilidad. Según sus cálculos, este mecanismo por sí solo explica con dificultad el fotón observado por Carpet.
Los investigadores probaron entonces una posibilidad más radical: a energías extremas, una regla fundamental de la relatividad podría ser ligeramente diferente. Esta regla, llamada invariancia de Lorentz, implica, entre otras cosas, que las leyes de la física sean las mismas para observadores que se desplazan a velocidad constante. Modificarla cambiaría la forma en que los fotones muy energéticos interactúan durante su trayecto.
En algunos modelos estudiados, una modificación así hace que el viaje del fotón de 300 TeV sea compatible con las observaciones. Los autores también examinan escenarios que combinan esta modificación con partículas similares a los axiones. Estos cálculos pueden tener en cuenta asimismo otros fotones muy energéticos detectados después del mismo estallido gamma.
Atención a las simplificaciones: esto no significa que la relatividad de Einstein haya sido refutada. El estudio pone a prueba modelos capaces de explicar una observación muy inusual, pero una sola detección no basta para establecer una nueva ley física. También es necesario confirmar con precisión el origen del fotón y comparar esta explicación con futuros eventos similares.
Los próximos estallidos gamma muy luminosos podrán proporcionar esta prueba. Si otros fotones llegan a la Tierra con energías y desde distancias normalmente incompatibles con su supervivencia, los investigadores dispondrán de varios casos independientes. Entonces podrán comprobar si el mismo modelo explica sus energías, sus trayectorias y sus tiempos de llegada.