Nouvelles découvertes sur le plus puissant sursaut gamma
L'étude du GRB 221009A éclaire sur l'invariance de Lorentz et la gravité quantique.
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L'Invariance de Lorentz est un concept en physique qui dit que les lois de la physique sont les mêmes pour tous les observateurs, peu importe leur mouvement relatif. Les scientifiques pensent depuis longtemps que si des effets de la gravité quantique existaient, ils pourraient apparaître comme des violations de ce principe. Une façon de repérer ces violations serait de regarder la vitesse de la lumière et de voir si elle change avec l'énergie de la lumière. Ça pourrait se voir dans la lumière de sources très lointaines, surtout pendant des événements comme Les sursauts gamma (GRB), qui sont super brillants et puissants.
GRB 221009A est reconnu comme le sursaut gamma le plus brillant jamais observé. Pendant cet événement, des chercheurs ont détecté des dizaines de milliers de photons énergétiques, qui sont des particules de lumière. Ces photons énergétiques venaient d'une explosion qui a eu lieu très loin, et c'était si intense qu'elle a submergé de nombreux instruments de détection. Cependant, certains observatoires ont réussi à capter les détails de cet événement.
En analysant les temps d'arrivée de ces photons énergétiques, les scientifiques peuvent établir des limites sur la façon dont la vitesse de la lumière pourrait varier avec l'énergie. Ils ont comparé les temps d'arrivée de photons de différentes énergies pour chercher des différences de temps qui indiqueraient une violation de l'invariance de Lorentz. Cette méthode est connue sous le nom de mesure du temps de vol.
Les observations de GRB 221009A ont fourni beaucoup de données qui ont aidé les chercheurs à affiner leurs estimations sur la quantité d'invariance de Lorentz qui pourrait être violée. En regardant les Courbes de lumière, qui sont des graphiques montrant comment la luminosité change au fil du temps, ils ont remarqué que les émissions de haute énergie de cette explosion n'étaient pas les mêmes que celles détectées à des énergies plus faibles. Ils ont interprété cela comme un signe que les émissions de haute énergie provenaient d'une après-lueur, un phénomène qui se produit après l'explosion initiale d'énergie.
L'après-lueur de GRB 221009A a rapidement augmenté puis a progressivement diminué. Les chercheurs ont comparé cela à des observations précédentes d'autres sursauts gamma pour voir s'ils pouvaient trouver de nouvelles preuves de violation de l'invariance de Lorentz. Ils ont utilisé les données pour créer des modèles de comportement de la lumière sous l'invariance de Lorentz et ont testé ces modèles par rapport aux données observées.
Ces tests ont conduit à des conclusions importantes. L'étude a trouvé que s'il y avait des changements dans la vitesse de la lumière en fonction de l'énergie, les limites qu'ils ont calculées étaient solides et similaires à des résultats précédents obtenus à partir d'autres GRB. Les chercheurs ont noté que ces limites ne sont toujours pas proches des très petites échelles prédites par certaines théories liées à la gravité quantique.
Un des défis pour mesurer ces effets, c'est que les chercheurs doivent prendre en compte la distance que la lumière parcourt et comment cela pourrait impacter leurs mesures de temps. L'univers est très grand, et la lumière des explosions lointaines doit traverser divers matériaux et champs qui pourraient modifier sa vitesse ou son énergie.
L'équipe derrière les observations de GRB 221009A avait un grand ensemble de données à leur disposition, ce qui leur a permis de faire des mesures plus précises que dans les études passées. Ils ont comparé leurs résultats avec des observations antérieures de différentes explosions, comme GRB 090510 et GRB 190114C, pour voir comment leurs résultats s'alignaient.
GRB 090510 était un événement antérieur connu pour ses émissions de haute énergie. Les chercheurs ont essayé de relier les nouvelles découvertes de GRB 221009A avec ces observations antérieures, notant que même si GRB 221009A avait des émissions d'énergie plus élevées, les limites sur l'invariance de Lorentz étaient similaires. La conclusion est que GRB 221009A fournit certaines des limites les meilleures et les plus cohérentes sur la violation de l'invariance de Lorentz observées jusqu'à présent.
L'étude a également soulevé des points intéressants pour de futures recherches. Si les chercheurs peuvent observer encore plus de photons énergétiques, les limites sur l'invariance de Lorentz pourraient être considérablement améliorées. Il y a l'espoir que des observations conjointes utilisant à la fois la lumière et d'autres formes de particules, comme les neutrinos, pourraient fournir des aperçus encore plus clairs sur le comportement de la lumière à hautes énergies et si des principes fondamentaux sont en jeu.
Les données actuelles suggèrent que des changements significatifs dans l'invariance de Lorentz nécessiteraient de nouvelles avancées dans les techniques d'observation ou des méthodes pour différencier les variations intrinsèques du comportement de la lumière de celles causées par des violations de Lorentz.
Les résultats de cette étude sont significatifs pour comprendre la nature de la lumière et les effets potentiels de la gravité quantique. Ils soulignent l'importance d'observer des événements cosmiques de haute énergie et les informations qu'ils peuvent fournir sur les lois fondamentales de la physique qui régissent notre univers.
Globalement, les observations de GRB 221009A représentent une étape cruciale dans la quête continue pour comprendre la relation entre la gravité quantique et l'invariance de Lorentz. Plus les scientifiques collectent de données sur ces puissantes explosions, mieux ils peuvent affiner leurs modèles et mieux comprendre les principes physiques fondamentaux qui régissent l'énergie, la lumière et l'univers dans son ensemble.
En conclusion, l'étude de GRB 221009A et ses implications pour l'invariance de Lorentz est un domaine de recherche passionnant. Avec les avancées technologiques et les méthodes d'observation des événements cosmiques lointains, les scientifiques sont optimistes quant à la découverte de nouvelles choses sur la nature de notre univers et les forces fondamentales à l'œuvre. La quête pour comprendre comment ces principes interagissent continue et promet de révéler des aperçus plus profonds sur le tissu de l'espace et du temps.
Titre: Lorentz Invariance Violation Limits from GRB 221009A
Résumé: It has been long conjectured that a signature of Quantum Gravity will be Lorentz Invariance Violation (LIV) that could be observed at energies much lower than the Planck scale. One possible signature of LIV is an energy-dependent speed of photons. This can be tested with a distant transient source of very high-energy photons. We explore time-of-flight limits on LIV derived from LHAASO's observations of tens of thousands of TeV photons from GRB 221009A, the brightest gamma-ray burst of all time. For a linear ($n=1$) dependence of the photon velocity on energy, we find a lower limit on the subluminal (superluminal) LIV scale of ${5.9} (6.2) mpl$. These are comparable to the stringent limits obtained so far and, as an independent bound obtained from a different redshift, confirm their robustness. For a quadratic model ($n=2$, corresponding to $d=6$ SME operators), the limits, which are currently the best available with the time-of-flight method, are $5.8 (4.6) \times 10^{-8} mpl$. Our analysis uses the publicly available LHAASO data, which is only in the $0.2-7$ TeV range. Higher energy data would enable us to improve these limits by a factor of 3 for $n=1$ and by an order of magnitude for $n=2$.
Auteurs: Tsvi Piran, Dmitry D. Ofengeim
Dernière mise à jour: 2024-03-28 00:00:00
Langue: English
Source URL: https://arxiv.org/abs/2308.03031
Source PDF: https://arxiv.org/pdf/2308.03031
Licence: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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Liens de référence
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- https://doi.org/10.1126/science.adg9328
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