År 2019, MAGIC -teleskopen upptäckte den första gammastrålningen vid mycket höga energier. Detta var den mest intensiva gammastrålning som någonsin erhållits från ett sådant kosmiskt föremål. Men GRB-data har mer att erbjuda:med ytterligare analyser, MAGIC -forskarna kunde nu bekräfta att ljusets hastighet är konstant i vakuum - och inte beroende av energi. Så, som många andra tester, GRB -data bekräftar också Einsteins teori om allmän relativitet. Studien har nu publicerats i Fysiska granskningsbrev .

Einsteins allmänna relativitet (GR) är en vacker teori som förklarar hur massa och energi interagerar med rymdtid, skapa ett fenomen som allmänt kallas gravitation. GR har testats och omtestats i olika fysiska situationer och över många olika skalor, och, postulera att ljusets hastighet är konstant, det visade sig alltid vara en enastående förutsägelse av de experimentella resultaten. Ändå, fysiker misstänker att GR inte är den mest grundläggande teorin, och att det kan finnas en underliggande kvantmekanisk beskrivning av gravitationen, kallas kvantgravitation (QG).

Vissa QG -teorier anser att ljusets hastighet kan vara energiberoende. Detta hypotetiska fenomen kallas Lorentz invariance violation (LIV). Dess effekter anses vara för små för att kunna mätas, om de inte ackumuleras under mycket lång tid. Så hur uppnår man det? En lösning är att använda signaler från astronomiska källor till gammastrålning. Gammastrålningskurar (GRB) är kraftfulla och långt borta kosmiska explosioner, som avger mycket varierande, extremt energiska signaler. De är därmed utmärkta laboratorier för experimentella tester av QG. Fotonerna med högre energi förväntas bli mer påverkade av QG-effekterna, och det borde finnas gott om sådana; dessa resor miljarder år innan de når jorden, vilket förstärker effekten.

GRB:er detekteras dagligen med satellitburna detektorer, som observerar stora delar av himlen, men med lägre energier än de markbaserade teleskopen som MAGIC. Den 14 januari, 2019, MAGIC -teleskopsystemet detekterade den första GRB i området för teraelektronvoltsenergier (TeV, 1000 miljarder gånger mer energisk än det synliga ljuset), därav registrerar de överlägset mest energiska fotoner som någonsin observerats från ett sådant objekt. Flera analyser utfördes för att studera arten av detta objekt och den mycket höga energistrålningen.

Tomislav Terzic, en forskare från University of Rijeka, säger:"Ingen LIV -studie har någonsin utförts på GRB -data i TeV -energiområdet, helt enkelt för att det inte fanns några sådana uppgifter hittills. I över tjugo år väntade vi oss att sådan observation kunde öka känsligheten för LIV -effekter, men vi kunde inte säga hur mycket förrän vi såg de slutliga resultaten av vår analys. Det var en mycket spännande period. "

Naturligtvis, MAGIC -forskarna ville använda denna unika observation för att leta efter effekter av QG. I början, de stod dock inför ett hinder:signalen som spelades in med MAGIC -teleskopen förföll monotont med tiden. Även om detta var ett intressant fynd för astrofysiker som studerade GRB, det var inte gynnsamt för LIV -testning. Daniel Kerszberg, en forskare vid IFAE i Barcelona sa:"när man jämför ankomsttiden för två gammastrålar med olika energier, man antar att de sänds ut omedelbart från källan. Dock, vår kunskap om processer i astronomiska föremål är fortfarande inte tillräckligt exakt för att bestämma emissionstiden för en given foton. "

Traditionellt förlitar sig astrofysikerna på igenkännbara variationer av signalen för att begränsa fotons utsändningstid. En monotont förändrad signal saknar dessa funktioner. Så, forskarna använde en teoretisk modell, som beskriver den förväntade gammastrålningen innan MAGIC-teleskopen började observera. Modellen inkluderar en snabb ökning av flödet, topputsläpp och ett monoton förfall som observerats av MAGIC. Detta gav forskarna ett handtag att faktiskt jaga efter LIV.

En noggrann analys avslöjade då ingen energiberoende tidsfördröjning i gammastrålarnas ankomsttider. Einstein verkar fortfarande hålla linjen. "Detta betyder dock inte att MAGIC -teamet lämnades tomhänt, sa Giacomo D'Amico, en forskare vid Max Planck Institute for Physics i München; "vi kunde sätta starka begränsningar på QG -energiskalan." Gränserna i denna studie är jämförbara med de bästa tillgängliga gränserna som erhålls med GRB-observationer med satellittdetektorer eller med markbaserade observationer av aktiva galaktiska kärnor.

Cedric Perennes, postdoktor vid universitetet i Padova tillade, "Vi var alla väldigt glada och känner oss privilegierade att kunna utföra den första studien om kränkning av Lorentz invarians någonsin på GRB -data i TeV -energiområdet, och för att knäcka dörren för framtida studier! "

I motsats till tidigare verk, detta var det första sådana test som någonsin utförts på en GRB -signal vid TeV -energier. Med denna banbrytande studie, MAGIC -teamet satte därmed fotfäste för framtida forskning och ännu strängare tester av Einsteins teori under 2000 -talet. Oscar Blanch, talesman för MAGIC -samarbetet, avslutade:"Den här gången, vi observerade en relativt närliggande GRB. Vi hoppas att snart fånga ljusare och mer avlägsna händelser, vilket skulle möjliggöra ännu mer känsliga tester. "