در سال ۲۰۲۲، اخترشناسان یک انفجار پرتو گامای فوقالعاده درخشان و طولانیمدت را شناسایی کردند که با نام GRB 221009A شناخته میشود و به دلیل شدت فوقالعادهاش لقب «BOAT» به معنای «درخشانترین نمونه در تمام دوران» را گرفته است. این انفجار آنقدر قدیمی و پرانرژی بود که بر اساس نظریههای فعلی، پرتوهای آن نباید میتوانستند به زمین برسند. با این حال، بهوضوح این اتفاق رخ داده است. اما چگونه؟
در مقالهای که روز گذشته در نشریه Physical Review Letters منتشر شد، دو فیزیکدان راهحلی عجیب برای این معمای عجیب پیشنهاد کردهاند: ذرات فرضی مربوط به دوران آغازین کیهان. پژوهشگران میگویند فوتونها ممکن است برای مدت کوتاهی به ذراتی بسیار سبک و شبیه آکسیون تبدیل شده باشند. آنها همچنین تغییر دیگری در مدل خود در نظر گرفتهاند تا رفتار فوتونها در انرژیهای بسیار بالا را توضیح دهند.
همین بخش دوم مدل، از نظر فنی با یکی از اصول مهم نسبیت خاص اینشتین در تضاد است. اما نکته جالب اینجاست که این دو پژوهشگر با استفاده از مدل خود، اثر ثانویهای را پیشبینی کردند که باید در طول سفر این فوتونها ایجاد شده باشد. بعدها مشخص شد یک رصدخانه کاملاً مستقل دقیقاً همین اثر را مشاهده کرده است. به عبارت دیگر، شواهد تجربی مستقلی نیز از این نظریه پشتیبانی میکند.
جورجیو گالانتی، یکی از نویسندگان این مطالعه و اخترفیزیکدان مؤسسه ملی اخترفیزیک ایتالیا، گفت: «ما کارمان را با یک پرسش بسیار ساده آغاز کردیم: این فوتون چگونه توانسته سفری را پشت سر بگذارد که طبق قوانین شناختهشده فیزیک باید آن را از بین میبرد؟ بنابراین به دنبال یک سناریوی نظری گشتیم که بتواند آنچه مشاهده میکنیم را به شکلی منسجم توضیح دهد، بدون اینکه مجبور باشیم اصلاحات دلخواهی در معادلات ایجاد کنیم.»
انفجار GRB 221009A آنقدر قدرتمند بود که به گفته ناسا، «برای مدتی بیشتر ابزارهای پرتو گامای مستقر در فضا را کور کرد»؛ به همین دلیل لقب «BOAT» را گرفت. این سیگنال همچنین مدتزمانی غیرمعمول داشت و حدود ۱۰ دقیقه ادامه پیدا کرد. تابش این انفجار تا ۱۰ ساعت بعد نیز قابل شناسایی بود و اخترشناسان خیلی زود توانستند برخی اطلاعات مهم درباره BOAT به دست آورند.
این انفجار در فاصله تقریبی دو میلیارد سال نوری از زمین رخ داده و انرژی پرتوهای آن به حدود ۳۰۰ تراالکترونولت (TeV) میرسید. برای درک بهتر، یک الکترونولت مقدار انرژی جنبشی یک الکترون در خلأ تحت اختلاف پتانسیل یک ولت است و یک تراالکترونولت برابر با یک تریلیون الکترونولت است.
در آن زمان، کارشناسان ناسا احتمال دادند این فوران عظیم نور در جریان تولد یک سیاهچاله جدید ایجاد شده باشد. بررسیهای بعدی نیز نشان داد چنین رویدادهای درخشانی احتمالاً تنها یک بار در هر ۱۰ هزار سال رخ میدهند.
در ادامه، اخترشناسان با مسئله مهمی روبهرو شدند: اینکه GRB 221009A چگونه توانسته مسیر دو میلیارد ساله خود تا زمین را طی کند. گالانتی و همکارش، مارکو رونکادلی از مؤسسه ملی فیزیک هستهای ایتالیا، در مقاله خود توضیح دادند که GRB 221009A با قوانین فیزیک متعارف «در تضاد» قرار دارد. بر اساس قوانین شناختهشده فیزیک، فوتونهایی با چنین سطح انرژیای باید در مسیر خود با تابش زمینه کیهانی برخورد میکردند؛ تابشی که بقایای دوران ابتدایی شکلگیری جهان است. چنین برخوردی باید باعث نابودی این فوتونها میشد.
این تیم در بیانیه خود، وضعیت را به این تشبیه کرد: «مثل این است که تیری را از میان جنگلی فوقالعاده انبوه به طول دو میلیارد سال نوری شلیک کنید و انتظار داشته باشید به حتی یک درخت هم برخورد نکند.» بنابراین اگر این سیگنال توانسته به زمین برسد ــ و میدانیم که رسیده است ــ فوتونها باید راهی برای دور زدن تمام این «درختها» پیدا کرده باشند یا اساساً بتوانند آنها را نادیده بگیرند.
این دو پژوهشگر معتقدند گزینه دوم درست است. برخی مدلهای گرانش کوانتومی این امکان را مطرح میکنند که یکی از قوانین بنیادی نسبیت خاص اینشتین، در مورد ذراتی با بالاترین سطوح انرژی، اندکی انعطافپذیر باشد. پژوهشگران این سازوکار را با ذراتی موسوم به «ذرات شبهآکسیون» ترکیب کردند. نتیجه، چیزی است که آنها آن را «خط ویژه» جهان مینامند؛ مسیری که در آن ذرات بسیار سبک و بسیار پرانرژی میتوانند از میان موانع عبور کنند، گویی این موانع اصلاً وجود ندارند.
