Büyük Patlama'dan bu yana görülen en büyük kozmik patlama olan ve "tüm zamanların en parlakı" anlamına gelen BOAT lakaplı olaydan gelen bir foton, yani ışık parçacığı, Dünya'ya ulaşmamalıydı. Bu, Einstein'ın belirlediği kurallara meydan okumadıkça mümkün değildi. Şimdi bilim insanları bunun nasıl olduğunu anlamış olabilir; yeni bir araştırma, yüksek enerjili fotonun iki milyardan fazla ışık yılı süren yolculuğunu emilmeden nasıl atlattığını açıklıyor olabilir.
BOAT, resmi adı GRB 221009A olan bir gama ışını patlamasıdır ve ilk kez 9 Ekim 2022'de tespit edildi. Olaydan dünyamıza yağan fotonlar arasında, bir gama ışını patlamasından kaynaklanan en yüksek enerjili foton da vardı. Bu fotonu, Rusya Kafkasları'ndaki Baksan Gözlemevi'nde bulunan ultra yüksek enerjili kozmik ışın dedektörü Carpet tespit etti.
Sorun şu ki, mevcut fizik kurallarına göre bu kadar yüksek enerjili bir parçacığın bu kadar uzak bir patlamadan Dünya'ya ulaşması mümkün görünmüyor. Uzay boş değil; Büyük Patlama'dan hemen sonra kalan fotonlardan oluşan bir "fosil" radyasyon alanı olan kozmik mikrodalga arka planı CMB ile dolu. Yüksek enerjili bir fotonun 2 milyar ışık yılı yol alıp bir CMB fotonuyla etkileşime girmeden ve dönüşüme uğramadan varması neredeyse imkansız olmalıydı. Yine de geldi.
İtalyan Ulusal Astrofizik Enstitüsü INAF'ten ekip lideri Giorgio Galanti bir açıklamada, "Çok basit bir sorudan yola çıktık: Bu foton, bilinen fiziğe göre yok olması gereken bir yolculuğu nasıl atlattı?" dedi. "Carpet deneyinden gelen yeni veriler, şimdiye kadar önerilen açıklamaların artık yeterli olmadığını gösterdi."
"Bu nedenle, denklemlere keyfi düzeltmeler yapmadan gözlemlediklerimizi tutarlı şekilde açıklayabilecek teorik bir senaryo aradık."
Varsayımsal bir dönüşüm
Bu yüksek enerjili fotonun gezegenimize nasıl ulaştığı gizemini araştırmak için Galanti ve meslektaşları son derece hafif varsayımsal parçacıklar olan aksiyon-benzeri parçacıklar ALP'lere yöneldi.
ALP'ler, fotonların yolculuk sırasında ALP'ye dönüşüp Samanyolu'na ulaştığında tekrar fotona dönüşmesine izin verecek bir mekanizma ile bu bulmacaya çözüm sunabilir. Sorun şu ki, bu bile böyle yüksek enerjili bir fotonu açıklayamıyor.
Ekip, ALP fikrini Einstein'ın 1905 özel görelilik teorisinin temel ilkelerinden biri olan "Lorentz değişmezliği"nin önerilen bir ihlaliyle birleştirdi.
Kısaca Lorentz değişmezliği, farklı hızlarda hareket eden gözlemcilerin aynı fiziksel yasaları deneyimlemesi gerektiğini söyler. Ekip, yüksek enerjilerde Lorentz değişmezliğinin ihlal edilebileceği fikrini test etti; böylece fotonların uzayda nasıl yayıldığı değişir.
Ekipin geliştirdiği senaryoda foton, CMB ile etkileşime girerek yok olmaktan kaçınacaktı; çünkü bu fosil fotonlarla etkileşime girmeyecekti.
Yeni araştırma bu nedenle, yeterince yüksek enerjilerde fotonların şeffaf bir evrende "hızlı bir şerit" kullanabileceğini, yok edici dönüşümlerini normalde zorunlu kılan fiziği atlatabileceğini ima ediyor.
İlginçtir ki BOAT ile ilgili bazı kanıtlar bu teoriyi destekliyor gibi görünüyor. Ekibin geliştirdiği modele göre bu yüksek enerjili foton, Dünya'ya BOAT'tan gelen daha düşük enerjili ışık parçacıklarından yaklaşık bir saat sonra ulaşmalıydı. Gerçekten de öyle oldu.
Ulusal Nükleer Fizik Enstitüsü INFN'den ekip üyesi Marco Roncadelli, "Çalışmamızın en ilginç yönü, şimdiye kadar ayrı ayrı geliştirilen iki fikri ilk kez bir araya getirmesi" dedi. "Gelecekteki gözlemler bu senaryoyu doğrularsa, evren, Dünya'da inşa edilebilecek herhangi bir hızlandırıcının ulaşabileceğinden çok daha yüksek enerjilerde kuantum kütleçekimini incelemek için doğal bir laboratuvara dönüşecek."
Ekipin araştırması arXiv deposunda mevcut ve Physical Review Letters dergisinde yayımlanmak üzere kabul edildi.
