El 9 de octubre de 2022, el observatorio Carpet, situado en Baksán, Rusia, detectó una señal asociada al extraordinario estallido de rayos gamma GRB 221009A, conocido como BOAT —Brightest Of All Time— por su excepcional intensidad.
Entre las partículas detectadas apareció algo especialmente difícil de explicar: un posible fotón con una energía cercana a 300 teraelectronvoltios (TeV). No solo sería uno de los fotones más energéticos relacionados con un estallido de rayos gamma, sino que habría recorrido aproximadamente 2.000 millones de años luz antes de alcanzar la Tierra.
Y ahí comienza el problema.
Un fotón que, en principio, no debería haber llegado
El espacio entre galaxias no está completamente vacío. Está atravesado por diferentes fondos de radiación compuestos por fotones de baja energía.
Cuando un fotón extremadamente energético atraviesa esas regiones puede interactuar con esos fotones y producir un par de partículas, normalmente un electrón y un positrón. El resultado es que el fotón original desaparece.
Cuanto mayor es su energía y más larga la distancia recorrida, menor debería ser su probabilidad de sobrevivir.
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Por eso resulta tan llamativa la detección asociada a GRB 221009A. Según los modelos convencionales, un fotón de 300 TeV procedente de una distancia cosmológica debería sufrir una fuerte atenuación antes de alcanzar nuestro planeta. Es como lanzar una flecha a través de un bosque extremadamente denso: cuanto más largo sea el recorrido, más improbable resulta que llegue al otro lado sin encontrar ningún obstáculo.
Una posibilidad: transformarse durante el viaje
Una de las explicaciones planteadas desde el descubrimiento del BOAT involucra las llamadas partículas similares al axión, o ALP.
En determinadas condiciones, un fotón podría convertirse temporalmente en una de estas partículas extremadamente ligeras, atravesar regiones donde normalmente sería absorbido y volver después a convertirse en un fotón. El mecanismo permitiría que parte de la radiación viajase distancias mucho mayores de lo esperado.
Sin embargo, los autores de un nuevo trabajo sostienen que esta explicación presenta dificultades para alcanzar energías tan elevadas como los 300 TeV observados. Y proponen otra posibilidad todavía más radical.
¿Y si la invariancia de Lorentz cambia ligeramente?
La invariancia de Lorentz es uno de los pilares de la relatividad especial. Implica, entre otras cosas, que las leyes fundamentales de la física tienen la misma forma para observadores que se mueven a velocidad constante y que la velocidad de la luz en el vacío no depende del movimiento del observador.
Los investigadores italianos exploran qué ocurriría si esta simetría no fuese absolutamente perfecta a energías extraordinariamente altas.
La modificación sería diminuta, pero podría cambiar el umbral energético necesario para que un fotón de alta energía interactúe con la radiación de fondo y genere un par electrón-positrón. En ese escenario, el Universo sería más transparente para los rayos gamma ultrenergéticos de lo que predice la física estándar, permitiendo que el fotón llegase hasta la Tierra.
Una hora de retraso podría contener una pista
El modelo tiene además otra consecuencia interesante: los fotones de distintas energías podrían no propagarse exactamente igual. El candidato de 300 TeV fue detectado aproximadamente una hora después de la señal principal del estallido. Los investigadores señalan que ese retraso podría ser compatible con determinadas formas de violación de la invariancia de Lorentz.
Eso no demuestra que la explicación sea correcta. El retraso también podría tener su origen en los propios mecanismos que generaron la radiación en el estallido.
Tampoco significa que Einstein estuviera simplemente “equivocado”. La relatividad especial ha superado durante más de un siglo una enorme cantidad de pruebas experimentales.
Lo que plantea este fotón es algo mucho más sutil: quizás las reglas que conocemos funcionen perfectamente en casi todas las escalas, pero necesiten pequeñas correcciones cuando entramos en regímenes de energía que nunca hemos podido reproducir en la Tierra.
