Astronomická společnost Chomutov

                                                                               ^{další články               +}      

astronomie

přidáno  16.01.2021

Gama záblesk testuje kvantovou gravitaci

Rychlost světla je, podle Einsteinovy teorie relativity konstantní. Pokud to však má být kompatibilní s moderní kvantovou mechanikou, musela by tato stálost světla klesat při extrémní energii. Alespoň to říkají některé teorie kvantové gravitace. Kosmická katastrofa nyní dala astronomům šanci tento předpoklad vyzkoušet. Pomocí světla extrémně silného záblesku gama záření byli schopni určit, zda se rychlost světla při nejvíc energetické části paprsků liší od rychlostí s menší energií. Výsledek: Pokud existuje tato energeticky závislá odchylka, musí to být méně než 1,7 bilióntina. Einsteinova obecná teorie relativity tvoří základ klasické fyziky. Vysvětluje téměř všechny jevy, které lze pozorovat na Zemi a ve vesmíru - ale ne procesy v kvantovém světě. Fenomén gravitace, který Einstein popisuje jako zakřivení časoprostoru, je také neslučitelný se zákony kvantové fyziky. Proto se fyzici po celá desetiletí snaží tyto rozpory vyřešit pomocí teorií, jako je kvantová gravitace. Podle těchto modelů není časoprostor spojitá matrice jako Einsteinova, ale je rozdělen na nejmenší jednotky. U některých variant kvantové gravitace by však tento kvantovaný časoprostor znamenal, že světlo již nemůže nerušeně a konstantní rychlostí procházet vakuem.Místo toho by záření s obzvláště vysokou energií muselo tuto kvantifikaci matrice takřka „cítit“, a tím trochu zpomalit. Fyzici také označují takové jemné odchylky od stálosti rychlosti světla jako narušení Lorentzovy invariance (LIV).

Superlativní záblesk gama záření

Problém však: Protože tyto malé odchylky - pokud existují - se vyskytují pouze při extrémně vysokých energiích a protože jsou tak malé, že se dostávají pouze do měřitelného rozsahu na obrovské vzdálenosti, toto porušení Lorentzovy invariance nebylo zatím ani prokazatelné, ani vyvrátitelné. Fyzikům však nyní přišla na pomoc kosmická katastrofa. Přitom jde o záblesk gama záření - záblesk extrémně krátkovlnného a vysokoenergetického záření, jaké může být uvolněno při výbuchu některých hvězd nebo při srážce neutronových hvězd. V lednu 2019 několik observatoří, včetně dvou dalekohledů MAGIC na La Palmě, detekovalo záblesk gama záření, který byl neobvykle intenzivní: Po dobu asi 30 sekund byl jeho dosvit více než stokrát silnější než Krabí mlhovina, nejjasnější známý zdroj gama záření v naší Mléčné dráze. S energií kolem dvou teraelektronových voltů byl GRB190114 c nejaktivnějším zábleskem gama záření, jaký byl kdy detekován.A právě to způsobilo, že tento záblesk gama paprsků byl dokonalým měřicím nástrojem pro porušení Lorentzovy invariance požadované některými teoriemi kvantové gravitace. Toto záření této události je vysoce variabilní a je rozděleno v mnoha různých frekvenčních a energetických rozsazích. Současně byl zdroj tohoto záblesku gama záření 4,5 miliardy světelných let od Země. Bylo to k nám blíže než k jiným výbuchům tohoto druhu, ale stále dost daleko na to, aby to alespoň obsahovalo možné narušení konstantní rychlosti světla. Za tímto účelem vědci ve spolupráci MAGIC zkontrolovali, zda existují energeticky závislé rozdíly v dobách příchodu různých složek záření.

Je konstantní ... alespoň do určité hodnoty

Analýza dat z pozorování ukázala, že čas příchodu paprsků gama nezávisel na jejich energii. Alespoň v rozsahu, který lze číst z tohoto záblesku gama záření, se rychlost světla jeví jako konstantní. „Ale to neznamená, že tým MAGIC zůstal s prázdnýma rukama,“ vysvětluje Giacomo D'Amico z Fyzikálního ústavu Maxe Plancka. „Byli jsme schopni dále zúžit možné energetické rozmezí pro výskyt účinků kvantové gravitace.“ Podle toho nemůže být energetická odchylka fotonů od rychlosti světla větší než 1,7 krát 10 na mínus 15 - tj. 1,7 kvadrilliontů. Tento výsledek rozhodujícím způsobem přispívá ke zúžení platnosti některých variant kvantové gravitace.

Toto měření je zároveň jen začátkem: „Pozorovaný záblesk gama záření byl relativně blízko Země,“ říká Oscar Blanch, mluvčí spolupráce MAGIC. „Doufáme, že v budoucnu budeme moci pozorovat jasnější a vzdálenější objekty, s nimiž budou možné ještě citlivější testy kvantové gravitace.“

zveřejněno 10. července 2020

od  Nadja Podbregar

https://www.wissenschaft.de/astronomie-physik/gammablitz-testet-quantengravitation/