Partícula que não deveria existir é detectada na Terra após viagem de dois bilhões de anos-luz

Pesquisadores detectaram um fóton com uma energia tão extrema que, segundo as leis da física conhecidas, ele não deveria ter conseguido chegar à Terra . A partícula percorreu cerca de dois bilhões de anos-luz pelo espaço antes de ser identificada, desafiando os limites previstos para a propagação de fótons de alta energia.

A descoberta está relacionada à GRB 221009A , a explosão de raios gama mais brilhante já observada. O fenômeno foi registrado em outubro de 2022 e é resultado de uma explosão extremamente energética associada ao colapso ou à colisão de estrelas .

O fóton foi identificado pelo detector de raios cósmicos Carpet, instalado no Observatório de Baksan, na Rússia. A partícula apresentava 300 teraelétron-volts (TeV) , energia cerca de 100 trilhões de vezes maior que a de um fóton de luz visível.

O problema é que o espaço não é completamente vazio. Ele é preenchido pela radiação cósmica de fundo em micro-ondas , o chamado CMB, que corresponde ao brilho remanescente do Big Bang.

Quando fótons extremamente energéticos interagem com essa radiação, podem ser convertidos em outras partículas. Por isso, um fóton com a energia observada deveria ter poucas chances de sobreviver a uma viagem tão longa.

É como se uma flecha tivesse atravessado uma floresta extremamente densa por dois bilhões de anos-luz sem atingir nenhuma árvore.

Alguns modelos de gravidade quântica sugerem que as regras relacionadas à invariância de Lorentz poderiam sofrer alterações em níveis extremos de energia. Em condições como essas, o Universo poderia se tornar mais transparente para fótons de altíssima energia.

A ideia seria semelhante à existência de uma espécie de “faixa rápida” para essas partículas atravessarem o espaço.

A hipótese também poderia explicar outra característica observada na GRB 221009A.

O fóton de 300 TeV chegou à Terra aproximadamente uma hora depois de fótons de energia mais baixa. Segundo o artigo, outro estudo já havia apontado que esse atraso poderia ser explicado por uma possível violação da invariância de Lorentz.

Para os pesquisadores, a parte mais interessante é justamente a combinação dessas duas ideias, que até então haviam sido desenvolvidas separadamente.

“O aspecto mais interessante do nosso trabalho é que, pela primeira vez, ele reúne duas ideias que até agora haviam sido desenvolvidas separadamente”, afirmou o astrofísico Marco Roncadelli, do INFN.

Caso futuras observações confirmem o cenário, o Universo poderia funcionar como laboratório natural para estudar a gravidade quântica em energias muito superiores às que qualquer acelerador construído na Terra seria capaz de alcançar.

Por enquanto, porém, a explicação continua sendo apenas um modelo teórico baseado na observação de um único fóton . Novos eventos semelhantes serão necessários para determinar se o fenômeno realmente pode ser explicado dessa maneira.

“Nem é preciso dizer que nossas descobertas precisam de confirmações adicionais por meio de observações futuras”, escreveram os pesquisadores no estudo publicado na Physical Review Letters .

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