Физики из коллаборации LHAASO ограничили энергетическую зависимость скорости света в вакууме, исследуя самый мощный зарегистрированный на сегодняшний день гамма-всплеск GRB 221009A. Это помогло установить самые жесткие на сегодняшний день ограничения на квантовую гравитацию. Статья об этом исследовании опубликована в журнале Physical Review Letters.
Девятого октября 2022 года астрономы зарегистрировали самый яркий гамма-всплеск за всю историю гамма-астрономии. GRB 221009A оказался настолько мощным, что даже возмутил верхнюю ионосферу Земли, что наблюдалось впервые для подобных событий. Ученые исследуют его до сих пор. Например, недавно астрофизики установили, что этот всплеск породил слишком мало тяжелых элементов.
Одним из направлений исследования этого события может быть тест Лоренц-инвариантности — фундаментальной симметрии теории относительности Эйнштейна. Согласно Лоренц-инвариантности законы физики остаются одинаковыми для всех наблюдателей, которые движутся относительно друг друга в инерциальной системе отсчета. Некоторые теории квантовой гравитации предсказывают, что на больших энергиях, близких к Планковским масштабам — порядка 1019 гигаэлектронвольт — возможны отклонения от Лоренц-инвариантности. Поэтому астрофизические наблюдения, включающие высокоэнергетическое излучение и большие расстояния, подходят для проведения чувствительных тестов Лоренц-инвариантности. В частности, может наблюдаться отклонение в зависимости скорости фотонов от их энергии, если Лоренц-инвариантность нарушается.
Ученые из Большой высокогорной обсерватории космических ливней LHAASO ограничили зависимость от энергии скорости фотонов в вакууме. Для этого они исследовали дисперсию энергии зарегистрированных гамма-квантов в зависимости от времени их регистрации. Из-за нарушения Лоренц-инвариантности фотоны с более высокой энергией должны достигать детектора быстрее, чем фотоны с меньшей энергией. При этом зависимость должна быть обратно пропорциональна гипотетическому масштабу гипотетических поправок квантовой гравитации.
Астрофизики проанализировали кросс-корреляции между временными задержками зарегистрированных фотонов различных диапазонов энергии, зарегистрированных в гамма-всплеске, и применили метод максимального правдоподобия для извлечения зависящих от энергии задержек прибытия фотонов для анализа нарушений Лоренц-инвариантности.
В результате проведенного анализа ученые получили нижний предел на величину линейных энергетических поправок квантовой гравитации, которые оказались в 10 раз больше Планковской энергии. Для величины квадратичных поправок ученые получили нижний предел 6*10-8 от Планковской энергии. Это улучшило предыдущие ограничения в 5-7 раз.
Ученые продолжают исследовать рекордный гамма всплеск и его источник. В частности, ученые не увидели яркой сверхновой на месте его источника.