Extrémní foton narušuje speciální relativitu. Kredit: INAF / Giorgio Galanti / AI-generated.

Jen máloco baví fyziky víc, než boj se zasloužilými velikány. Obzvlášť oblíbeným terčem zpochybňování je Einstein se svou relativitou. Einstein většinou podobné útoky vydrží, aniž by se zapotil. Najdou se ale i výjimky.

Jednou z nich je i podivuhodný případ ultraextrémního fotonu z rekordní gama exploze s výmluvnou přezdívkou BOAT (Brightest Of All Time). Jde o nejjasnější známý gama záblesk GRB 221009A, který se odpálil v galaxii vzdálené více než 2 miliardy světelných let. K Zemi dorazil před 4 lety, 9. října 2022 v podobě oslepující spršky fotonů.

Giorgio Galanti. Kredit: G. Galanti.

Byl mezi nimi i neuvěřitelný foton, který zaznamenal detektor kosmického záření Carpet kavkazské observatoře Baksan v horském terénu jihovýchodně od vrcholu Elbrusu. S energií 300 teraelektronvoltů (TeV) to byl zatím nejvíce energetický foton pocházející z gama záblesku.

S tímto fotonem se pojí jedna z nejzajímavějších záhad současné astrofyziky. Jak se tenhle foton, u všech singularit, mohl dostat až k Zemi? Vesmír totiž není úplně prázdný. Během své cesty měl foton interagovat s fotony reliktního záření z doby krátce po Velkém třesku, které vyplňuje celý vesmír. Při těchto interakcích by se takový foton měl přeměnit na jiné částice a zmizet dávno předtím, než by dorazil k Zemi.

Marco Roncadelli. Kredit: M. Roncadelli.

Je to jako vystřelit šíp skrz nesmírně hustý les dlouhý 2 miliardy světelných let a čekat, že proletí a nezasáhne ani jeden strom. Podle současné fyziky je to prakticky nemožné. Přesto se tenhle foton dostal až k nám.

Záhadou nemožného fotonu se zabývala dvojice italských fyziků, Giorgio Galanti (INAF) a Marco Roncadelli (INFN). Vycházeli z toho, že podle nových dat z experimentu Carpet doposud navrhovaná vysvětlení nefungují. Je mezi nim i poněkud magická dočasná proměna fotonů gama záblesku na axionům podobné částice (ALP), přičemž v blízkosti Mléčné dráhy se mohly znovu proměnit na fotony. Tento mechanismus ale dokáže vysvětlit pozorování fotonů s energiemi až do několika desítek teraelektronvoltů, pro foton s energií 300 TeV nestačí.

Galanti s Roncadellim měli odvážný nápad a spojili mechanismus s částicemi ALP s možným porušením Lorentzovy invariance, jedné ze základních vlastností Einsteinovy speciální teorie relativity. Jde o stěžejní princip moderní fyziky, který říká, že fyzikální zákony zůstávají úplně stejné pro všechny pozorovatele, bez ohledu na to, jak rychle se pohybují nebo jakým směrem jsou otočeni.

Badatelé přitom navázali na to, že podle některých modelů kvantové gravitace by se Lorentzova invariance mohla při nejvyšších energiích nepatrně narušit, což by ovlivnilo způsob, jakým se fotony šíří prostorem. V tomto scénáři se foton jako je 300 TeV monstrum, dokáže vyhnout interakcím, které by ho podle standardní fyziky během jeho cesty vymazaly z vesmíru. Při extrémně vysokých energiích se podle této představy vesmír vlastně stává mnohem „průhlednějším“ a dovolí fotonu dorazit až k Zemi.

Současně to neznamená, že by bylo nutné dramaticky změnit fyzikální zákony. Spíš jde o to, že by se při takto vysokých energiích mohly projevit dosud nikdy nepozorované jevy. Jak říká Roncadelli, pokud budoucí pozorování tento scénář potvrdí, stal by se vesmír přirozenou laboratoří pro studium kvantové gravitace při energiích nesrovnatelně vyšších než jakých lze v této době dosáhnout v urychlovači vybudovaném na Zemi.

Video: THE BRIGHTEST EXPLOSION EVER SEEN | The BOAT Gamma-Ray Burst Explained (4K)

Literatura

Phys.org 8. 9. 2026.

Physical Review Letters 137: 111002.