2019年に、ガンマ線バースト（GBR）とも呼ばれる最初のガンマ線爆発が観測されました。非常に高いレベルのエネルギーが放出されました。このような強力なガンマ線は、これまで奇妙な天体から観測されたことがありません。しかし、GBR データはさらに多くのことを提供します。アインシュタインの相対性理論もそれらを使ってテストできます。
アインシュタインの相対性理論が試される
アインシュタインの相対性理論は、時空の文脈において質量とエネルギーがどのように振る舞うかを説明するアプローチです。この結果、重力が発生します。一般相対性理論は何度もテストされています。光の速度が一定であると仮定すると、実験結果は容易に予測できます。 GBR データはまた、真空中では光の速度が一定であることを示しました。しかし、多くの物理学者は、アインシュタインの相対性理論は基礎理論ではないと信じています。量子重力が基礎を形成する可能性がある。
量子重力に関するいくつかの理論は、光の速度がエネルギーに依存する可能性を示唆しています。この仮説的な現象は、ローレンツ不変性違反 (LIV) と呼ばれます。その影響は測定するには小さすぎます。長期間にわたって蓄積しない限り。 1 つの方法は、ガンマ線源からの信号を使用することです。 GRB は、さまざまな信号を発する宇宙爆発です。したがって、それらは量子重力をテストするための前提条件を提供します。エネルギーが高い光子は、量子重力の影響をより強く受けると言われています。彼らは地球に到達するまで何十億年も旅します。
理論モデルにより結果が明らかになった
2019 年 1 月 14 日、MAGIC 望遠鏡はテラ電子ボルト エネルギー (TeV) にある GRB を捕捉することができました。これにより、可視光よりも 1 兆倍エネルギーが高くなります。これは、これまでで最もエネルギーの高い光子が測定されたことを意味します。これらのデータは、この高エネルギー放射線の性質を明らかにします。以前は、このような分析は不可能でした。
研究者らは、LIV テストに対して 1 つの障害を抱えていました。それは、記録された信号が時間の経過とともに単調に減少することです。通常、天体物理学者は信号の変化に依存して光子の放出時間を制限します。単調信号にはそのような特徴がありません。理論モデルは、予想されるガンマ線放出を説明するのに役立ちました。これはMAGIC望遠鏡が観測を始める前に起こりました。モデルでは、光束、ピーク発光、および単調減衰が急速に増加しました。これでLIVの検索が可能になりました。
アインシュタインの相対性理論のより厳密なテスト
Physical Review Letters に掲載されたこの分析では、ガンマ線の到着時間にエネルギー依存の時間遅延は見られませんでした。これは、アインシュタインの相対性理論が依然として競争に勝ち続けているように見えることを意味します。結局のところ、量子重力の規模は分析によって大幅に制限される可能性があります。確立された限界は、活動銀河核の GRB 観測から得られる利用可能な最良の限界に匹敵します。この研究は、TeV エネルギーによる GRB 信号に初めて焦点を当てた研究でした。これは、アインシュタインの相対性理論のより厳密なテストに向けた第一歩となります。
ちなみに、アインシュタインの相対性理論は、日常生活にあるこの5つのものにあります。 一般相対性理論は最近、宇宙にある 3 つの星を使って実証されました。