Partícula – Cientistas identificaram um fóton com energia tão elevada que sua chegada à Terra contraria o que seria esperado pelas leis da física atualmente conhecidas. A partícula teria atravessado aproximadamente dois bilhões de anos-luz pelo Universo antes de ser detectada, colocando em questão os limites previstos para a propagação de fótons extremamente energéticos.

O registro está ligado à GRB 221009A, considerada a explosão de raios gama mais brilhante já observada. O evento ocorreu em outubro de 2022 e foi provocado por uma explosão de enorme intensidade, relacionada ao colapso ou à colisão de estrelas.

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A detecção foi feita pelo detector de raios cósmicos Carpet, localizado no Observatório de Baksan, na Rússia. O fóton apresentava energia de 300 teraelétron-volts (TeV), valor aproximadamente 100 trilhões de vezes superior à energia de um fóton de luz visível.

A dificuldade para explicar o fenômeno está no fato de que o espaço não é totalmente vazio. O Universo é permeado pela radiação cósmica de fundo em micro-ondas, conhecida como CMB, uma espécie de brilho remanescente do Big Bang.

Fótons com níveis extremamente elevados de energia podem interagir com essa radiação e dar origem a outras partículas. Dessa forma, um fóton com 300 TeV deveria ter enfrentado grandes dificuldades para permanecer intacto durante uma viagem de bilhões de anos-luz.

A situação pode ser comparada a uma flecha que atravessasse uma floresta muito fechada durante dois bilhões de anos-luz sem colidir com nenhuma árvore.

Uma possível explicação para o fóton “impossível”

Pesquisadores do Instituto Nacional de Astrofísica da Itália (INAF) e do Instituto Nacional de Física Nuclear da Itália (INFN) buscaram uma explicação para a sobrevivência da partícula durante a longa viagem. “Começamos com uma pergunta muito simples: como esse fóton sobreviveu a uma viagem que, de acordo com a física conhecida, deveria tê-lo destruído?”, questionou o astrofísico do INAF Giorgio Galanti, segundo o artigo.

Uma das possibilidades analisadas envolve as chamadas partículas semelhantes a áxions, ou ALPs. De acordo com essa hipótese, um fóton poderia se transformar em uma ALP ao longo do trajeto e, posteriormente, voltar a assumir a forma de fóton. Como essas partículas teriam menos interação com a radiação cósmica de fundo, esse processo poderia permitir que a energia percorresse uma distância maior.

Os cálculos, entretanto, indicam que essa explicação isoladamente não seria suficiente para o caso observado. Segundo os pesquisadores, as ALPs seriam capazes de explicar apenas uma parte do fenômeno, ficando aproximadamente 100 vezes abaixo do necessário para justificar a chegada de um fóton de 300 TeV.

Por esse motivo, o estudo considera também uma possível violação da invariância de Lorentz, um princípio fundamental da relatividade especial. Alguns modelos de gravidade quântica admitem que, em níveis extremos de energia, as regras associadas a esse princípio poderiam sofrer alterações.

Se isso ocorrer, o Universo poderia se tornar mais transparente para fótons de energia extremamente alta, facilitando a passagem dessas partículas por distâncias muito grandes. A ideia pode ser comparada à existência de uma espécie de “faixa rápida” que permitiria aos fótons atravessar o espaço com menos obstáculos.

Fóton chegou uma hora depois de partículas menos energéticas

A possibilidade também pode ajudar a explicar outra característica registrada durante a GRB 221009A.

O fóton de 300 TeV chegou à Terra aproximadamente uma hora depois de partículas com níveis menores de energia. De acordo com o artigo, uma pesquisa anterior já havia indicado que esse atraso poderia estar relacionado a uma possível violação da invariância de Lorentz.

Para os cientistas, a relevância do novo trabalho está na combinação das duas hipóteses, que até então haviam sido investigadas de maneira independente.

“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.

Se observações futuras confirmarem essa interpretação, eventos cósmicos desse tipo poderão oferecer uma oportunidade para investigar a gravidade quântica em níveis de energia muito superiores aos alcançados por aceleradores construídos na Terra.

A explicação, contudo, ainda é um modelo teórico elaborado a partir da observação de um único fóton. Para verificar se o fenômeno realmente pode ser compreendido dessa forma, serão necessárias novas detecções de eventos semelhantes.

“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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(Com informações de Olhar Digital)
(Foto: Reprodução/Magnific/starline)