Осенью 2022 года мировые обсерватории засекли гамма-всплеск GRB 221009A, которому присвоили прозвище BOAT, что расшифровывается как Brightest of All Time, то есть ярчайший за всю историю регистрации. Поток излучения оказался таким мощным, что на какое-то время ослепил большинство космических гамма-детекторов. Однако загадка кроется не в силе сигнала. Наиболее энергичные фотоны этого события, если опираться на известные законы, не могли дойти до нашей планеты. Сам всплеск продолжался порядка десяти минут, а его послесвечение удавалось различать еще около десяти часов. Источник отстоит от нас примерно на два миллиарда световых лет, а зарегистрированные энергии достигали 300 тераэлектронвольт. Чтобы ощутить масштаб, стоит напомнить: один электронвольт это кинетическая энергия электрона, разогнанного разностью потенциалов в один вольт, а тераэлектронвольт равняется триллиону таких единиц. Специалисты NASA выдвинули версию, что вспышка сопровождала рождение новой черной дыры. Последующий разбор показал: события со столь высокой светимостью случаются приблизительно раз в 10 тысяч лет. Именно сочетание рекордной энергии и колоссальной дистанции и поставило теоретиков перед непростой задачей.
На страницах журнала Physical Review Letters двое итальянских ученых представили трактовку, ради которой приходится расстаться с одним из краеугольных принципов специальной теории относительности. В их схеме фотоны на маршруте к нам на время обращались в гипотетические аксионоподобные частицы, чья масса крайне мала. Вторым компонентом построения выступает небольшое отступление от лоренц-инвариантности, дающее о себе знать при экстремальных энергиях. Астрофизик Джорджо Галанти из Итальянского национального института астрофизики, выступающий соавтором исследования, рассказал, с чего начался поиск: ученые задались простым вопросом о том, как этот фотон пережил путешествие, которое по известной физике обязано было его погубить, и потому искали теоретический сценарий, способный непротиворечиво описать наблюдаемое без произвольных поправок в уравнениях. Вместе с коллегой Марко Ронкаделли из Итальянского национального института ядерной физики он констатирует, что GRB 221009A вступает в противоречие с общепринятой наукой. Частицы с такими энергиями должны сталкиваться с реликтовым излучением, то есть остаточным светом ранней Вселенной, и аннигилировать, порождая электрон-позитронные пары. На дистанции в два миллиарда световых лет шанс уцелеть выглядит ничтожным. Авторы сравнили ситуацию с выстрелом из лука сквозь невероятно густой лес, растянувшийся на два миллиарда световых лет, в надежде не задеть ни одного дерева. Коль скоро сигнал все же дошел, фотоны либо уклонились от всех преград, либо просто их не заметили, и исследователи склоняются ко второму объяснению.
Ряд моделей квантовой гравитации разрешает некоторую вольность в правилах специальной теории относительности для частиц предельно высоких энергий. Соединив такой механизм с аксионоподобными частицами, физики получили то, что сами окрестили скоростной полосой Вселенной. По ней сверхлегкие и одновременно очень энергичные частицы проносятся сквозь препятствия так, будто тех вовсе нет. Слабое место гипотезы лежит на поверхности, ведь прямых доказательств существования аксионоподобных частиц до сих пор нет, и авторы сами называют свою работу лишь одним из множества объяснений необычного сигнала. И все же у модели обнаружилось эмпирическое подкрепление. Расчеты предсказали разрыв примерно в час между приходом потока менее энергичных фотонов и фотона с энергией 300 ТэВ, и точно такую же задержку независимо зафиксировала китайская обсерватория.