Um fóton com energia extrema foi detectado na Terra depois de atravessar cerca de dois bilhões de anos-luz. A partícula tinha 300 teraelétron-volts (TeV), nível que, pelas leis conhecidas da física, deveria dificultar sua sobrevivência durante uma viagem tão longa pelo espaço.
O registro foi feito pelo detector de raios cósmicos Carpet, instalado no Observatório de Baksan, na Rússia. O fóton está associado à GRB 221009A, a explosão de raios gama mais brilhante já observada, registrada em outubro de 2022. O fenômeno está relacionado ao colapso ou à colisão de estrelas.
A energia da partícula era cerca de 100 trilhões de vezes maior que a de um fóton de luz visível. O desafio está no fato de que o espaço contém a radiação cósmica de fundo em micro-ondas, conhecida como CMB, o brilho remanescente do Big Bang.
Quando fótons muito energéticos interagem com essa radiação, podem ser convertidos em outras partículas. Por isso, um fóton com a energia observada teria poucas chances de completar o trajeto. Os pesquisadores compararam o caso à passagem de uma flecha por uma floresta extremamente densa sem atingir nenhuma árvore.
Hipóteses para explicar a detecção
Pesquisadores do Instituto Nacional de Astrofísica da Itália (INAF) e do Instituto Nacional de Física Nuclear da Itália (INFN) analisaram possíveis explicações. Uma delas envolve partículas semelhantes a áxions, chamadas ALPs. Em teoria, o fóton poderia se transformar em uma ALP durante a viagem e voltar a ser um fóton depois, reduzindo a interação com a radiação cósmica de fundo.
Essa hipótese, porém, não explicaria sozinha a energia de 300 TeV. Pelos cálculos, as ALPs ficariam aproximadamente 100 vezes aquém do necessário. Por isso, o estudo também considera uma possível violação da invariância de Lorentz, um dos fundamentos da relatividade especial.
Alguns modelos de gravidade quântica sugerem que essa invariância pode sofrer alterações em níveis extremos de energia. Nesse cenário, o Universo se tornaria mais transparente para fótons de altíssima energia.
O fóton chegou à Terra aproximadamente uma hora depois de partículas menos energéticas da mesma explosão. Segundo os pesquisadores, esse atraso também poderia estar relacionado a uma possível violação da invariância de Lorentz. Giorgio Galanti, do INAF, disse que a pergunta central era como a partícula havia sobrevivido a uma viagem que a física conhecida deveria ter impedido. Marco Roncadelli, do INFN, afirmou que o trabalho reúne, pela primeira vez, duas ideias antes desenvolvidas separadamente.
A explicação ainda é um modelo teórico baseado na observação de um único fóton. Os pesquisadores afirmam que novas observações serão necessárias para confirmar se o cenário pode explicar o fenômeno. O estudo foi publicado na Physical Review Letters.
