Um fóton originado de uma explosão distante parece ter atravessado o Universo, embora a física convencional preveja seu desaparecimento durante o trajeto.
A história começa em outubro de 2022 com o GRB 221009A, um surto de raios gama excepcionalmente luminoso. Esse tipo de evento corresponde a uma liberação súbita de energia no espaço. Este ocorreu a mais de 2 bilhões de anos-luz. Vários observatórios registraram então raios gama, isto é, fótons muito mais energéticos que a luz visível.
Posição do GRB 221009A vista da Terra e linha de visada atravessando a Via Láctea.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA
Entre eles, o observatório Carpet detectou um evento particularmente notável. Uma primeira análise estimava sua energia em cerca de 251 teraelétron-volts. A análise completa dos dados agora aponta para aproximadamente 300 TeV. Seria o fóton mais energético associado a esse surto de raios gama nessa observação.
O problema está em sua imensa viagem. O espaço não é perfeitamente vazio: ele contém, entre outras coisas, a radiação cósmica de fundo, uma luz muito antiga presente em todo o Universo. Um fóton tão energético pode encontrar um desses fótons e desaparecer durante a interação. Ao longo de bilhões de anos-luz, suas chances de chegar intacto tornam-se, portanto, extremamente pequenas — um eufemismo para dizer que isso é muito provavelmente impossível.
Giorgio Galanti e Marco Roncadelli estudaram várias explicações. Eles analisaram, entre outras possibilidades, a ideia de que os fótons possam se transformar temporariamente em partículas hipotéticas chamadas partículas do tipo áxion. Nessa forma, parte da radiação poderia viajar com mais facilidade. Segundo seus cálculos, esse mecanismo, utilizado isoladamente, explica com dificuldade o fóton observado pelo Carpet.
Os pesquisadores então testaram uma possibilidade mais radical: em energias extremas, uma regra fundamental da relatividade poderia ser ligeiramente diferente. Essa regra, chamada invariância de Lorentz, implica, entre outras coisas, que as leis da física permanecem as mesmas para observadores que se deslocam a velocidade constante. Modificá-la mudaria a maneira como os fótons muito energéticos interagem durante o trajeto.
Em alguns modelos estudados, uma modificação desse tipo torna a viagem do fóton de 300 TeV compatível com as observações. Os autores também analisam cenários que combinam essa modificação com partículas do tipo áxion. Esses cálculos podem ainda levar em conta outros fótons muito energéticos detectados após o mesmo surto de raios gama.
Atenção aos atalhos: isso não significa que a relatividade de Einstein tenha sido refutada. O estudo testa modelos capazes de explicar uma observação muito incomum, mas uma única detecção não basta para estabelecer uma nova lei física. Também é preciso confirmar precisamente a origem do fóton e comparar essa explicação com futuros eventos semelhantes.
Os próximos surtos de raios gama muito luminosos poderão fornecer esse teste. Se outros fótons chegarem à Terra com energias e distâncias normalmente incompatíveis com sua sobrevivência, os pesquisadores terão vários casos independentes. Poderão então verificar se o mesmo modelo explica suas energias, seus trajetos e seus horários de chegada.