Redacción

En 2019, los telescopios MAGIC detectaron el primer estallido de rayos gamma (GRB) a muy altas energías. Esta fue la radiación gamma más intensa jamás obtenida de un objeto cósmico de este tipo. Analizando más profundamente lo sucedido, los científicos de MAGIC pudieron confirmar que la velocidad de la luz es constante en el vacío, y no depende de la energía. Así que, como muchas otras pruebas, los datos del GRB también corroboran la teoría de la Relatividad General de Einstein. El estudio se ha publicado en la revista Physical Review Letters.

La teoría de 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. La GR ha sido probada y reexaminada en varias situaciones físicas y a muchas escalas diferentes, y, postulando que la velocidad de la luz es constante, siempre resultó ser una excelente predicción de los resultados experimentales. Sin embargo, los físicos sospechan que la GR no es la teoría más fundamental, y que podría existir una descripción de la mecánica cuántica de la gravedad, denominada gravedad cuántica (QG).

Algunas teorías de la QG consideran que la velocidad de la luz podría depender de la energía. Este fenómeno hipotético se llama violación de la invariancia de Lorentz (LIV). Se cree que sus efectos son demasiado pequeños para ser medidos, a menos que se acumulen durante un tiempo muy largo. Entonces, ¿cómo se logra eso? Una solución es usar señales de fuentes astronómicas de rayos gamma. Los estallidos de rayos gamma (GRBs) son explosiones cósmicas poderosas y lejanas, que emiten señales muy variables y extremadamente energéticas. Por lo tanto, son excelentes laboratorios para pruebas experimentales de la QG. Se espera que los fotones de mayor energía estén más influenciados por los efectos de la QG, y debería haber muchos de ellos; estos viajan además miles de millones de años antes de llegar a la Tierra, lo que aumenta el efecto.

Telescopios MAGIC en el Observatorio de Roque de los Muchachos (España). (Foto: Giovanni Ceribella/MAGIC Collaboration)

Los GRBs son detectados diariamente gracias a satélites, que observan grandes porciones del cielo, pero a menores energías que los telescopios terrestres como MAGIC. El 14 de enero de 2019, el sistema de telescopios MAGIC detectó el primer GRB en el dominio de las energías de teraelectronvoltios (TeV, 1000 mil millones de veces más energéticas que la luz visible), registrando así con mucho los fotones más energéticos jamás observados desde un objeto de este tipo. Se realizaron múltiples análisis para estudiar la naturaleza de este objeto y la radiación de muy alta energía.

Tomislav Terzić, un investigador de la Universidad de Rijeka, dice: “Nunca se realizó un estudio sobre los datos de un GRB en el rango de energía de TeV, simplemente porque no había tales datos hasta ahora. Durante más de veinte años estuvimos anticipando que tal observación podría aumentar la sensibilidad, pero no podíamos saber por cuánto hasta ver los resultados finales de nuestro análisis. Fue un período muy emocionante”.

Naturalmente, los científicos de MAGIC querían usar esta observación única para buscar efectos de QG. Sin embargo, al principio se enfrentaron a un obstáculo: la señal que se registró con los telescopios de MAGIC decayó monótonamente con el tiempo. Aunque este fue un hallazgo interesante para los astrofísicos que estudian los GRB, no fue favorable para las pruebas. Daniel Kerszberg, un investigador del IFAE en Barcelona dijo: “Al comparar los tiempos de llegada de dos rayos gamma de diferentes energías, se asume que fueron emitidos instantáneamente desde la fuente. Sin embargo, nuestro conocimiento de los procesos en los objetos astronómicos no es aún lo suficientemente preciso como para determinar el tiempo de emisión de un fotón determinado”. 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. Así que los investigadores utilizaron un modelo teórico, que describe la emisión de rayos gamma esperada 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 asa para buscar realmente la LIV.

Un análisis cuidadoso reveló entonces que no hay un retraso temporal dependiente de la energía en los tiempos de llegada de los rayos gamma. “Esto sin embargo no significa que el equipo de MAGIC se haya quedado con las manos vacías”, dijo Giacomo D’Amico, un investigador del Instituto Max Planck de Física en Munich; “fuimos capaces de establecer fuertes restricciones en la escala de energía QG”. Los límites establecidos en este estudio son comparables a los mejores límites disponibles obtenidos mediante observaciones de la GRB con detectores satelitales o mediante observaciones terrestres de núcleos galácticos activos.

Cedric Perennes, investigador postdoctoral de la Universidad de Padua añadió: “Todos estábamos muy contentos y nos sentimos privilegiados de poder realizar el primer estudio sobre la violación de la invariancia de Lorentz en los datos de un GRB en el rango de energía TeV, y de abrir la puerta para futuros estudios”.

A diferencia de trabajos anteriores, esta fue la primera prueba de este tipo realizada en una señal de GRB en energías TeV. Con este estudio seminal, 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 de MAGIC, concluyó: “Esta vez, observamos un GRB relativamente cercano. Esperamos pronto captar eventos más brillantes y distantes, lo que permitiría pruebas aún más sensibles”.