20 亿光年之外,伽马射线暴 GRB 221009A 爆发,释放出一束极端高能光子。其中一枚光子能量达到 300 TeV,是人类迄今在伽马射线暴中探测到能量最高的光子。但它的存在,一度让物理学家困惑不已。
宇宙空间弥散着宇宙大爆炸遗留的微波背景辐射。依照现有物理框架,如此高能量的光子,在跨越 20 亿光年的漫长旅程中,极易和背景光子碰撞转化为其他粒子,中途消失,不可能抵达地球。此前科学家曾设想一种解释:光子在飞行途中短暂转化为假想的轴子样粒子(ALP),不受背景辐射干扰,临近银河系再变回光子。但后续计算发现,这套方案承载的光子能量上限不够,无法解释 300 TeV 光子的穿越之谜。
模型依托量子引力理论思路提出猜想:当能量达到极高量级,光子传播特性将发生细微改变,爱因斯坦狭义相对论的洛伦兹不变性会产生微弱偏离。这种效应可以压低超高能光子和宇宙背景辐射的相互作用概率,浩瀚宇宙对这类光子变得更加透明,使其得以穿越星际抵达地球。更巧妙的是,同一个理论模型同时解释了两项观测现象:既回答了光子为何能存活 20 亿光年,还预言 300 TeV 高能光子会比同次爆发的低能光子延迟约 1 小时到达。而我国高海拔宇宙线观测站 “拉索” 的实测数据,正好记录到约 1 小时的时间差,与模型预测契合。
不过团队提醒,当前证据仅能为该理论情景提供支持,并非定论。想要证实极端高能下时空行为偏离相对论,还等待未来更多宇宙高能事件观测检验。
