doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.071501
Credibilidade: 989
#Raios Gama #GRB
A teoria da relatividade de Einstein é baseada em duas suposições, ou postulados. A primeira é que as leis da física parecem as mesmas para todos que viajam em linha reta sem aceleração.
Einstein pegou essa ideia do físico holandês Hendrik Lorentz, que, no final dos anos 1800, apresentou uma teoria da eletrodinâmica com essa propriedade, dando origem à noção de um “referencial inercial” – as coordenadas usadas por um açougueiro, padeiro ou fabricante de velas quando se movem em linha reta no vácuo, em relação um ao outro, possivelmente com velocidades diferentes. Essa equivalência assumida é chamada de “invariância de Lorentz”.
A segunda suposição é que a velocidade da luz será medida como a mesma por qualquer pessoa em um referencial inercial. Não importa o quão rápido alguém esteja se movendo ou em que direção (no vácuo), a luz será vista se aproximando a uma velocidade de “c”, pouco menos de 300.000 quilômetros por segundo, com a mesma velocidade vista se passar. Mesmo que o padeiro esteja se movendo a 0,99999 por cento da velocidade da luz em relação ao açougueiro, ambos medem a luz para ter uma velocidade de “c”. (Sim, isso não é nada intuitivo.)
Os físicos têm se interessado em testar a invariância de Lorentz desde então. Ela se mantém rigorosamente em todos os experimentos feitos até o momento. Agora, um grupo da China observou a explosão de raios gama mais poderosa já vista e descobriu que os fótons emitidos ao mesmo tempo chegaram ao telescópio deles ao mesmo tempo, mesmo que tivessem frequências diferentes.
A partir desse resultado, o limite de energia inferior onde a gravidade quântica aparece foi aumentado em cinco vezes. O trabalho deles foi publicado no periódico Physical Review Letters.
O interesse na invariância de Lorentz aumentou nos últimos anos, pois algumas teorias da gravidade quântica preveem que, para fótons de alta energia, o vácuo não parece vazio, mas sim um meio não vazio. Essa previsão, quando ocorre em uma teoria da gravidade quântica, ocorre perto da escala de Planck de cerca de 1019 bilhões de elétron-volts, onde se espera que o próprio espaço-tempo possa precisar ser tratado de acordo com as regras da mecânica quântica.
A invariância de Lorentz se mantém mesmo em energias tão enormes, ou as leis da física começam a parecer diferentes aí para diferentes referenciais inerciais”
Para testar isso, um grupo de pesquisa do Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) na China observou o brilho residual da explosão de raios gama mais brilhante já observada, 221009A. Esta GRB, descoberta em 2022 e com duração de pouco mais de 10 segundos, mas observável por 10 horas após a detecção, estava em uma galáxia distante a 2,4 bilhões de anos-luz de distância, o que significa que seus raios gama altamente energéticos levaram 2,4 bilhões de anos para chegar à Terra.
Uma violação da invariância de Lorentz apareceria se a luz de frequências diferentes chegasse à Terra em momentos diferentes, o que significa que elas tinham velocidades diferentes ao viajar pelo longo vácuo de lá para cá. Esse fenômeno é chamado de “dispersão de fótons” e é visto quando a luz viaja através de materiais como água ou vidro, mas até agora nunca foi detectado no vácuo.
A equipe de pesquisa usou dados coletados da explosão de raios gama de 9 de outubro de 2022 registrada no Observatório em Sichuan, China, 4.410 metros acima do nível do mar. Os observatórios de raios gama em órbita foram acionados pela primeira vez pelos fótons iniciais de menor energia, e o LHAASO foi apontado na direção certa para medir o “brilho residual” da explosão de fótons de alta energia.
Dentro de 100 minutos após o disparo do 221009A, seu Water Cherenkov Detector Array mediu mais de 64.000 fótons com energias de até 7 trilhões de elétron-volts. Ao longo de sua curta vida útil, estimou-se que o GRB liberaria tanta energia quanto toda a galáxia da Via Láctea em 500 milhões de anos.
O pico de intensidade do GRB ocorreu cerca de quatro minutos após seu disparo. Para examinar quaisquer sinais de violação da invariância de Lorentz, o grupo usou dois métodos: medindo os atrasos de tempo entre 10 bandas de energia de raios gama, com cada banda contendo fótons na escala TeV, e extraindo atrasos de tempo de chegada dependentes de energia dos dados.
A análise deles não encontrou violações estatisticamente significativas da invariância de Lorentz – nenhum atraso de tempo significativo dos fótons GRB com frequências diferentes. (Pela relação de Planck, a frequência é proporcional à energia.)
A partir dessa falta de dispersão de fótons, eles obtiveram dois limites inferiores na energia onde os efeitos da gravidade quântica podem aparecer, um igual ao visto em observações anteriores de GRB, e o segundo elevando o limite inferior anterior por um fator de cinco para referenciais inerciais viajando abaixo da velocidade da luz.
Eles concluem: “Observações futuras de energia muito alta estimulam a emissão [rápida] em vez do brilho residual de GRBs aumentariam ainda mais a sensibilidade à invariância de Lorentz usando testes de tempo de voo.” Esses limites poderiam ser ainda mais elevados se o estágio inicial de um futuro GRB fosse examinado de forma semelhante.
Publicado em 04/09/2024 06h57
Artigo original:
Estudo original: