В октябре 2022 года обсерватории по всему миру зафиксировали гамма-всплеск GRB 221009A, который получил прозвище BOAT (Brightest of All Time, "ярчайший за всё время"). Излучение оказалось настолько мощным, что временно ослепило большинство космических гамма-детекторов.
Однако главная загадка не в яркости, а в том, что самые энергичные фотоны этого всплеска в принципе не должны были долететь до Земли.
В статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, двое итальянских физиков предложили объяснение, которое требует отказаться от одного из краеугольных принципов специальной теории относительности. По их модели, фотоны на пути к нам временно превращались в гипотетические аксионоподобные частицы, обладающие крайне малой массой. Второй элемент теории – небольшое отступление от лоренц-инвариантности при экстремальных энергиях.
Астрофизик Джорджо Галанти из Итальянского национального института астрофизики, соавтор исследования:
Мы начали с очень простого вопроса: как этот фотон пережил путешествие, которое, согласно известной физике, должно было его уничтожить? Поэтому мы искали теоретический сценарий, способный непротиворечиво описать то, что мы наблюдаем, не прибегая к произвольным поправкам в уравнениях.
Сам всплеск длился около десяти минут, а послесвечение оставалось различимым ещё примерно десять часов. Источник находился на расстоянии около двух миллиардов световых лет, а зарегистрированные энергии достигали 300 тераэлектронвольт. Для сравнения, один электронвольт – это кинетическая энергия одного электрона, разогнанного разностью потенциалов в один вольт, а тераэлектронвольт равен триллиону электронвольт.
Ученые NASA предположили, что вспышка сопровождала рождение новой чёрной дыры. Последующий анализ показал, что события такой светимости случаются примерно раз в 10 тысяч лет. Именно это сочетание рекордной энергии и огромной дистанции и создало проблему для теоретиков.
Галанти и его коллега Марко Ронкаделли из Итальянского национального института ядерной физики отмечают, что GRB 221009A находится "в противоречии" с общепринятой физикой. Фотоны таких энергий обязаны сталкиваться с реликтовым излучением, остаточным светом ранней Вселенной, и аннигилировать, порождая электрон-позитронные пары. На дистанции в два миллиарда световых лет шанс уцелеть должен быть исчезающе мал.
Авторы работы сравнили ситуацию с выстрелом из лука через чрезвычайно густой лес протяжённостью два миллиарда световых лет в надежде не задеть ни одного дерева. Раз сигнал всё-таки дошёл, фотоны либо уклонились от всех препятствий, либо просто их не заметили. Исследователи склоняются ко второму варианту.
Некоторые модели квантовой гравитации допускают небольшую гибкость в правилах специальной теории относительности для частиц предельно высоких энергий. Объединив этот механизм с аксионоподобными частицами, физики получили то, что называют "скоростной полосой" Вселенной. По ней сверхлёгкие и очень энергичные частицы проносятся сквозь препятствия так, будто их не существует.
Слабое место идеи очевидно – прямых доказательств существования аксионоподобных частиц нет, и сами авторы называют свою работу лишь одной из множества попыток объяснить необычный сигнал.
Однако у модели нашлось эмпирическое подтверждение. Расчёты предсказали разрыв примерно в час между приходом на Землю потока менее энергичных фотонов и фотона с энергией 300 ТэВ, и ровно такую задержку независимо зафиксировала китайская обсерватория.
Источник новости: shazoo.ru
