El mayor brote de rayos gamma (GRB 080916C) acerca la gravedad cuántica al mundo de Planck

Por Francisco R. Villatoro, el 21 febrero, 2009. Categoría(s): Astrofísica • Ciencia • Física • Noticias • Physics • Science

Todos los experimentos indican que la velocidad de la luz es constante. La mayoría de estos experimentos son a baja energía. ¿Podría la velocidad de la luz cambiar su valor a alta energía? Algunas teorías de gravedad cuántica en las que el espacio-tiempo es una especie de espuma que fluctúa continuamente así lo sugieren. John Ellis (entrevistado por Punset en su despacho en el CERN en un programa de Redes) y sus colaboradores mostraron cómo utilizar las propiedades de los grandes brotes de rayos gamma (gamma-ray bursters o GRBs) para responder a esta cuestión. Permiten restringuir el valor de la escala de masas M a la que los efectos cuántico-gravitatorios conducen a una variación de la velocidad de la luz de tipo lineal c(E)\approx c_0(1-E/M_{QG,1}) o cuadrática c(E)\approx c_0(1-E^2/M_{QG,2}^2). Nos lo contaron en “Robust Limits on Lorentz Violation from Gamma-Ray Bursts,” ArXiv preprint 6 Oct 2005 . Para obtener buenas estimaciones se requieren GRBs muy energéticos. El más energético hasta el momento ha sido observado por la sonda espacial Fermi y aparece en el siguiente vídeo (sólo 7 espectaculares segundos).

[youtube=http://www.youtube.com/watch?v=QBBhN1TAYoI]

Se presenta en el artículo “Fermi Observations of High-Energy Gamma-Ray Emission from GRB 080916C,” Science 19 February 2009 . El vídeo muestra una porción de 60º de cielo alrededor de la posición reconstruida del brote de rayos gamma GRB080916C a cámara rápida: empieza 200 segundos antes del brote y acaba a los 400 segundos tras su fin. Cada fotograma está separado 5 segundos en tiempo real. Los puntos azul oscuro son eventos con energía menor de 100 MeV, los puntos verdes son los eventos entre 100 MeV y 1 GeV, y los puntos rojos tienen energías superiores a 1GeV.

El observatorio astronómico Fermi encontró en septiembre de 2008 la fuente más potente de rayos gamma GRB 080916C, gracias a su Telescopio de Gran Área (Large Area Telescope o LAT) y su sistema de monitoreo de grandes brotes de rayos gamma (Gamma-Ray Burst Monitor o GRBM). Se estima que el fotón más energético de dicha fuente tiene una energía E=13.22^{+0.70}_{-1.54} \mbox{ GeV} y un corrimiento de z= 4.35 \pm 0.15.

El mejor límite inferior anterior para la masa M basada en otros GRBs era, como corrección lineal a c(E)M_{QG,1} > 1.4\times 10^{16}\mbox{ GeV}/c^2, y como corrección cuadrática era  de M_{QG,2} > 9.0\times 10^{6}\mbox{ GeV}/c^2 . Mediante otro tipo de procedimientos, las mejores estimaciones de estos límites inferiores eran  M_{QG,1} > 7.2\times 10^{17}\mbox{ GeV}/c^2 (colaboración HESS) y M_{QG,2} > 2.6\times 10^{10}\mbox{ GeV}/c^2 (colaboración MAGIC). La nueva fuente GRB 080916C permite mejorar estos límites hasta alcanzar los siguientes:

dibujo20090220lowerlimitsquantumgravitymassfromgrbinsciencepaper

Un gran resultado experimental sin lugar a dudas ya que estos valores están muy cerca del límite esperado, la masa de Planck (el “reino de la gravedad cuántica”):

M_P = \sqrt{\displaystyle\frac{\hbar\,c}{G}} \approx 1.22\times 10^{19} \mbox{ GeV}/c^2.

PS (22 feb 2009): Ciencia Kanija como siempre dando en la diana “Telescopio Fermi de la NASA ve el estallido de rayos gamma más extremo,”  20 feb 2009.



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