Em 2019, os telescópios MAGIC detectaram a primeira explosão de raios gama em energias muito altas. Esta foi a radiação gama mais intensa já obtida de um objeto cósmico. Mas os dados GRB têm mais a oferecer:com análises adicionais, os cientistas do MAGIC puderam agora confirmar que a velocidade da luz é constante no vácuo - e não dependente de energia. Então, como muitos outros testes, Os dados do GRB também corroboram a teoria da relatividade geral de Einstein. O estudo já foi publicado em Cartas de revisão física .

A relatividade geral (GR) de Einstein é uma bela teoria que explica como a massa e a energia interagem com o espaço-tempo, criando um fenômeno comumente conhecido como gravidade. GR foi testado e retestado em várias situações físicas e em muitas escalas diferentes, e, postulando que a velocidade da luz é constante, sempre se revelou uma previsão notável dos resultados experimentais. No entanto, físicos suspeitam que GR não é a teoria mais fundamental, e que pode haver uma descrição mecânica quântica subjacente da gravidade, referido como gravidade quântica (QG).

Algumas teorias QG consideram que a velocidade da luz pode ser dependente da energia. Este fenômeno hipotético é denominado violação da invariância de Lorentz (LIV). Seus efeitos são considerados pequenos demais para serem medidos, a menos que sejam acumulados por um longo tempo. Então, como conseguir isso? Uma solução é usar sinais de fontes astronômicas de raios gama. Explosões de raios gama (GRBs) são explosões cósmicas poderosas e distantes, que emitem altamente variável, sinais extremamente energéticos. Eles são, portanto, excelentes laboratórios para testes experimentais de QG. Espera-se que os fótons de maior energia sejam mais influenciados pelos efeitos QG, e deve haver muitos deles; esses viajam bilhões de anos antes de chegar à Terra, o que aumenta o efeito.

GRBs são detectados diariamente com detectores transmitidos por satélite, que observam grandes porções do céu, mas com energias mais baixas do que os telescópios terrestres como o MAGIC. Em 14 de janeiro, 2019, o sistema de telescópio MAGIC detectou o primeiro GRB no domínio das energias teraeletronvolt (TeV, 1000 bilhões de vezes mais energético do que a luz visível), portanto, registrando de longe os fótons mais energéticos já observados de tal objeto. Múltiplas análises foram realizadas para estudar a natureza deste objeto e a radiação de energia muito alta.

Tomislav Terzic, um pesquisador da Universidade de Rijeka, diz:"Nenhum estudo LIV foi realizado em dados GRB na faixa de energia TeV, simplesmente porque não havia tais dados até agora. Por mais de vinte anos, prevíamos que tal observação poderia aumentar a sensibilidade aos efeitos LIV, mas não poderíamos dizer por quanto até ver os resultados finais de nossa análise. Foi um período muito emocionante. "

Naturalmente, os cientistas do MAGIC queriam usar essa observação única para caçar os efeitos do QG. Bem no começo, no entanto, eles enfrentaram um obstáculo:o sinal que foi gravado com os telescópios MAGIC decaiu monotonicamente com o tempo. Embora esta tenha sido uma descoberta interessante para os astrofísicos que estudam GRBs, não era favorável para o teste LIV. Daniel Kerszberg, um pesquisador do IFAE em Barcelona disse:"ao comparar os tempos de chegada de dois raios gama de energias diferentes, presume-se que foram emitidos instantaneamente da fonte. Contudo, nosso conhecimento dos processos em objetos astronômicos ainda não é preciso o suficiente para localizar o tempo de emissão de um determinado fóton. "

Tradicionalmente, os astrofísicos contam com variações reconhecíveis do sinal para restringir o tempo de emissão dos fótons. Um sinal que muda monotonicamente não tem esses recursos. Então, os pesquisadores usaram um modelo teórico, que descreve a emissão de raios gama esperada antes dos telescópios MAGIC começarem a observar. O modelo inclui um rápido aumento do fluxo, o pico de emissão e uma decadência monotônica como a observada pelo MAGIC. Isso forneceu aos cientistas uma alça para realmente caçar LIV.

Uma análise cuidadosa não revelou nenhum atraso dependente de energia nos tempos de chegada dos raios gama. Einstein ainda parece manter a linha. "Isso, no entanto, não significa que a equipe do MAGIC foi deixada de mãos vazias, "disse Giacomo D'Amico, pesquisador do Instituto Max Planck de Física de Munique; "fomos capazes de estabelecer fortes restrições na escala de energia QG." Os limites definidos neste estudo são comparáveis ​​aos melhores limites disponíveis obtidos usando observações GRB com detectores de satélite ou usando observações terrestres de núcleos galácticos ativos.

Cedric Perennes, pesquisador de pós-doutorado na universidade de Padova acrescentou, "Ficamos todos muito felizes e nos sentimos privilegiados por estar na posição de realizar o primeiro estudo sobre violação de invariância de Lorentz em dados GRB na faixa de energia TeV, e abrir a porta para estudos futuros! "

Em contraste com trabalhos anteriores, este foi o primeiro teste desse tipo realizado em um sinal GRB com energias TeV. Com este estudo seminal, a equipe do MAGIC, portanto, estabeleceu uma base para pesquisas futuras e testes ainda mais rigorosos da teoria de Einstein no século 21. Oscar Blanch, porta-voz da colaboração MAGIC, concluiu:"Desta vez, observamos um GRB relativamente próximo. Esperamos em breve captar eventos mais brilhantes e distantes, o que permitiria testes ainda mais sensíveis. "