Come ha fatto una singola particella di luce a sopravvivere a un viaggio intergalattico di oltre 2 miliardi di anni luce quando la fisica attuale ne prevedeva la totale distruzione? Questa è la straordinaria domanda che anima il recente studio pubblicato su Physical Review Letters dai ricercatori Giorgio Galanti dell’INAF e Marco Roncadelli dell’INFN. La ricerca cerca di risolvere uno degli enigmi più affascinanti dell’astrofisica contemporanea, analizzando il comportamento del fotone con l’energia più alta mai registrata. Questo misterioso messaggero, originato da una catastrofica esplosione stellare, suggerisce che in condizioni estreme lo Spazio e il tempo possano piegarsi a regole inedite, mettendo profondamente in discussione la teoria della relatività di Einstein e aprendo orizzonti inesplorati.
L’esplosione record a 2 miliardi di anni luce
Il protagonista indiscusso di questa anomalia cosmica è il lampo gamma denominato GRB 221009A, ribattezzato dagli esperti BOAT, acronimo che sta a indicare il più luminoso di tutti i tempi. L’evento catastrofico è stato osservato il 9 ottobre 2022, scatenando verso il nostro pianeta una pioggia di particelle senza precedenti. Tra queste, il rivelatore Carpet posizionato nel Caucaso russo ha individuato un esemplare assolutamente anomalo, portatore di una sbalorditiva energia pari a 300 TeV. Secondo i modelli della fisica standard, un elemento così carico non avrebbe mai dovuto raggiungere i nostri strumenti. Durante il lunghissimo percorso, infatti, avrebbe dovuto scontrarsi inevitabilmente con la radiazione cosmica di fondo, l’eco del Big Bang che permea l’Universo, dissolvendosi molto prima di arrivare a destinazione.
Le particelle ipotetiche e il superamento della relatività
Nel tentativo di giustificare il fenomeno, la scienza aveva inizialmente ipotizzato l’azione delle ALP, leggerissime particelle ancora da confermare. In questo scenario la luce si tramuterebbe provvisoriamente in un’altra entità per poi tornare allo stato originario vicino alla Via Lattea. Questa spiegazione risulta però insufficiente per giustificare cariche record di 300 TeV. Lo studio italiano risolve l’enigma combinando per la 1ª volta la teoria delle ALP con una potenziale alterazione dell’invarianza di Lorentz, una delle proprietà fondanti della relatività speciale. “Siamo partiti da una domanda molto semplice: come ha fatto questo fotone a sopravvivere a un viaggio che, secondo la fisica conosciuta, avrebbe dovuto distruggerlo?”, spiega Giorgio Galanti, 1° autore dello studio. Il ricercatore precisa la necessità del nuovo approccio: “I nuovi dati dell’esperimento Carpet ci hanno mostrato che le spiegazioni proposte finora non erano più sufficienti. Abbiamo quindi cercato uno scenario teorico capace di descrivere in modo coerente ciò che osserviamo, senza ricorrere a correzioni arbitrarie delle equazioni”.
Una corsia preferenziale per i messaggeri del cosmo
Alle energie più estreme, la struttura stessa della gravità quantistica potrebbe alterare la propagazione, creando una vera e propria corsia preferenziale. L’Universo diventerebbe eccezionalmente trasparente, permettendo al fotone di eludere le collisioni letali. Oltre a spiegare la mera sopravvivenza della particella, la nuova teoria prevede un 2° effetto osservabile, ovvero un ritardo di circa 1 ora con cui il segnale estremo arriva rispetto a quelli a bassa energia, esattamente come riscontrato dall’osservatorio cinese LHAASO. L’allineamento tra calcoli e osservazioni rende l’ipotesi incredibilmente solida. A tal proposito, Marco Roncadelli evidenzia l’unicità della ricerca: “L’aspetto più interessante del nostro lavoro è che unisce, per la prima volta, due idee sviluppate finora separatamente”. Le prospettive per la cosmologia sono del tutto rivoluzionarie, come conclude lo stesso scienziato: “Se questo scenario fosse confermato da future osservazioni, l’Universo diventerebbe un laboratorio naturale per studiare la gravità quantistica a energie enormemente superiori a quelle raggiungibili da qualsiasi acceleratore costruito sulla Terra”.
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