En 2019, los telescopios MAGIC detectaron el primer estallido de rayos gamma a energías muy altas. Esta fue la radiación gamma más intensa jamás obtenida de un objeto cósmico de este tipo. Pero los datos de GRB tienen más que ofrecer:con más análisis, Los científicos de MAGIC ahora pudieron confirmar que la velocidad de la luz es constante en el vacío y no depende de la energía. Entonces, como muchas otras pruebas, Los datos de GRB también corroboran la teoría de la relatividad general de Einstein. El estudio se ha publicado ahora en Cartas de revisión física .

La relatividad general de Einstein (GR) es una hermosa teoría que explica cómo la masa y la energía interactúan con el espacio-tiempo, creando un fenómeno comúnmente conocido como gravedad. GR ha sido probado y vuelto a probar en diversas situaciones físicas y en muchas escalas diferentes, y, postulando que la velocidad de la luz es constante, siempre resultó predecir de manera sobresaliente los resultados experimentales. Sin embargo, Los físicos sospechan que GR no es la teoría más fundamental, y que podría existir una descripción mecánica cuántica subyacente de la gravedad, conocido como gravedad cuántica (QG).

Algunas teorías de QG consideran que la velocidad de la luz podría depender de la energía. Este fenómeno hipotético se denomina violación de invariancia de Lorentz (LIV). Se cree que sus efectos son demasiado pequeños para medirlos. a menos que se acumulen durante mucho tiempo. Entonces, ¿cómo lograrlo? Una solución es utilizar señales de fuentes astronómicas de rayos gamma. Los estallidos de rayos gamma (GRB) son explosiones cósmicas poderosas y lejanas, que emiten muy variables, señales extremadamente enérgicas. Por tanto, son excelentes laboratorios para pruebas experimentales de QG. Se espera que los fotones de mayor energía estén más influenciados por los efectos QG, y debería haber muchos de esos; estos viajan miles de millones de años antes de llegar a la Tierra, que potencia el efecto.

Los GRB se detectan a diario con detectores satelitales, que observan grandes porciones del cielo, pero a energías más bajas que los telescopios terrestres como MAGIC. El 14 de enero 2019, el sistema del telescopio MAGIC detectó el primer GRB en el dominio de las energías de teraelectronvoltios (TeV, 1000 mil millones de veces más enérgico que la luz visible), por lo tanto, registra con mucho los fotones más enérgicos jamás observados desde tal objeto. Se realizaron múltiples análisis para estudiar la naturaleza de este objeto y la radiación de muy alta energía.

Tomislav Terzic, un investigador de la Universidad de Rijeka, dice:"Nunca se realizó ningún estudio LIV con datos de GRB en el rango de energía TeV, simplemente porque no había tales datos hasta ahora. Durante más de veinte años anticipamos que tal observación podría aumentar la sensibilidad a los efectos de LIV, pero no pudimos decir cuánto hasta ver los resultados finales de nuestro análisis. Fue un período muy emocionante ".

Naturalmente, Los científicos de MAGIC querían utilizar esta observación única para buscar los efectos de la QG. Al principio, Sin embargo, se enfrentaron a un obstáculo:la señal que se registró con los telescopios MAGIC decayó monótonamente con el tiempo. Si bien este fue un hallazgo interesante para los astrofísicos que estudian los GRB, no fue favorable para las pruebas LIV. Daniel Kerszberg, un investigador del IFAE de Barcelona dijo:"al comparar los tiempos de llegada de dos rayos gamma de diferentes energías, se supone que fueron emitidos instantáneamente desde la fuente. Sin embargo, nuestro conocimiento de los procesos en los objetos astronómicos todavía no es lo suficientemente preciso como para determinar el tiempo de emisión de cualquier fotón dado ".

Tradicionalmente, los astrofísicos se basan en variaciones reconocibles de la señal para limitar el tiempo de emisión de los fotones. Una señal que cambia monótonamente carece de esas características. Entonces, los investigadores utilizaron un modelo teórico, que describe la emisión esperada de rayos gamma antes de que los telescopios MAGIC comenzaran a observar. El modelo incluye un rápido aumento del flujo, el pico de emisión y un decaimiento monótono como el observado por MAGIC. Esto proporcionó a los científicos un control para buscar realmente LIV.

Luego, un análisis cuidadoso no reveló ningún retraso de tiempo dependiente de la energía en los tiempos de llegada de los rayos gamma. Einstein todavía parece mantener la línea. "Sin embargo, esto no significa que el equipo MAGIC se haya quedado con las manos vacías, "dijo Giacomo D'Amico, investigador del Instituto Max Planck de Física en Munich; "pudimos establecer fuertes restricciones en la escala energética QG". Los límites establecidos en este estudio son comparables a los mejores límites disponibles obtenidos usando observaciones GRB con detectores satelitales o usando observaciones terrestres de núcleos galácticos activos.

Cedric Perennes, investigador postdoctoral de la Universidad de Padua añadió, "Todos estábamos muy felices y nos sentimos privilegiados de poder realizar el primer estudio sobre la violación de la invariancia de Lorentz en los datos GRB en el rango de energía TeV, ¡y abrir la puerta para futuros estudios! "

A diferencia de trabajos anteriores, esta fue la primera prueba de este tipo realizada en una señal GRB a energías TeV. Con este estudio fundamental, El equipo de MAGIC estableció así un punto de apoyo para futuras investigaciones y pruebas aún más estrictas de la teoría de Einstein en el siglo XXI. Oscar Blanch, portavoz de la colaboración MAGIC, concluyó:"Esta vez, observamos un GRB relativamente cercano. Esperamos captar pronto eventos más brillantes y distantes, lo que permitiría pruebas aún más sensibles ".