Nel 2019, i telescopi MAGIC hanno rilevato il primo Gamma Ray Burst ad energie molto elevate. Questa era la radiazione gamma più intensa mai ottenuta da un tale oggetto cosmico. Ma i dati GRB hanno altro da offrire:con ulteriori analisi, gli scienziati di MAGIC potrebbero ora confermare che la velocità della luce è costante nel vuoto e non dipende dall'energia. Così, come molti altri test, I dati GRB confermano anche la teoria della relatività generale di Einstein. Lo studio è stato ora pubblicato su Lettere di revisione fisica .

La relatività generale (GR) di Einstein è una bellissima teoria che spiega come la massa e l'energia interagiscono con lo spazio-tempo, creando un fenomeno comunemente noto come gravità. GR è stato testato e ritestato in varie situazioni fisiche e su molte scale differenti, e, postulando che la velocità della luce è costante, si è sempre rivelato predire in modo eccezionale i risultati sperimentali. Tuttavia, i fisici sospettano che la GR non sia la teoria più fondamentale, e che potrebbe esistere una sottostante descrizione meccanica quantistica della gravità, denominata gravità quantistica (QG).

Alcune teorie QG considerano che la velocità della luce potrebbe dipendere dall'energia. Questo ipotetico fenomeno è chiamato violazione dell'invarianza di Lorentz (LIV). Si ritiene che i suoi effetti siano troppo piccoli per essere misurati, a meno che non si accumulino in un tempo molto lungo. Quindi come ottenerlo? Una soluzione è l'utilizzo di segnali provenienti da sorgenti astronomiche di raggi gamma. I lampi di raggi gamma (GRB) sono esplosioni cosmiche potenti e lontane, che emettono molto variabile, segnali estremamente energetici. Sono quindi ottimi laboratori per prove sperimentali di QG. Ci si aspetta che i fotoni a energia più elevata siano maggiormente influenzati dagli effetti QG, e ce ne dovrebbero essere in abbondanza; questi viaggiano miliardi di anni prima di raggiungere la Terra, che migliora l'effetto.

I GRB vengono rilevati quotidianamente con rilevatori satellitari, che osservano ampie porzioni di cielo, ma a energie inferiori rispetto ai telescopi terrestri come MAGIC. Il 14 gennaio 2019, il sistema del telescopio MAGIC ha rilevato il primo GRB nel dominio delle energie teraelettronvolt (TeV, 1000 miliardi di volte più energico della luce visibile), quindi registrando di gran lunga i fotoni più energetici mai osservati da un tale oggetto. Sono state eseguite analisi multiple per studiare la natura di questo oggetto e la radiazione ad altissima energia.

Tomislav Terzic, un ricercatore dell'Università di Fiume, afferma:"Nessuno studio LIV è mai stato eseguito su dati GRB nell'intervallo di energia TeV, semplicemente perché non c'erano tali dati fino ad ora. Da oltre vent'anni ci aspettavamo che tale osservazione potesse aumentare la sensibilità agli effetti LIV, ma non abbiamo potuto dire di quanto fino a quando non abbiamo visto i risultati finali della nostra analisi. È stato un periodo molto emozionante".

Naturalmente, gli scienziati MAGIC volevano usare questa osservazione unica per cercare gli effetti del QG. Proprio all'inizio, incontrarono però un ostacolo:il segnale che veniva registrato con i telescopi MAGIC decaddeva monotonamente con il tempo. Anche se questa è stata una scoperta interessante per gli astrofisici che studiano i GRB, non era favorevole per il test LIV. Daniel Kerszberg, un ricercatore dell'IFAE di Barcellona ha affermato:"quando si confrontano i tempi di arrivo di due raggi gamma di diverse energie, si presume che siano stati emessi istantaneamente dalla sorgente. Però, la nostra conoscenza dei processi negli oggetti astronomici non è ancora abbastanza precisa per individuare il tempo di emissione di un dato fotone".

Tradizionalmente gli astrofisici si affidano a variazioni riconoscibili del segnale per vincolare il tempo di emissione dei fotoni. Un segnale che cambia in modo monotono manca di queste caratteristiche. Così, i ricercatori hanno utilizzato un modello teorico, che descrive l'emissione di raggi gamma prevista prima che i telescopi MAGIC iniziassero ad osservare. Il modello include un rapido aumento del flusso, il picco di emissione e un decadimento monotono come quello osservato da MAGIC. Ciò ha fornito agli scienziati una maniglia per cacciare effettivamente LIV.

Un'attenta analisi ha poi rivelato nessun ritardo temporale dipendente dall'energia nei tempi di arrivo dei raggi gamma. Einstein sembra ancora mantenere la linea. "Questo però non significa che il team MAGIC sia rimasto a mani vuote, disse Giacomo D'Amico, ricercatore al Max Planck Institute for Physics di Monaco di Baviera; "siamo stati in grado di impostare forti vincoli sulla scala energetica QG". I limiti fissati in questo studio sono paragonabili ai migliori limiti disponibili ottenuti utilizzando osservazioni GRB con rivelatori satellitari o utilizzando osservazioni a terra di nuclei galattici attivi.

Cedric Perenne, assegnista di ricerca presso l'Università di Padova ha aggiunto, "Siamo stati tutti molto felici e ci sentiamo privilegiati di essere nella posizione di eseguire il primo studio sulla violazione dell'invarianza di Lorentz mai sui dati GRB nell'intervallo di energia TeV, e di spalancare la porta per studi futuri!"

A differenza dei lavori precedenti, questo è stato il primo test del genere mai eseguito su un segnale GRB a energie TeV. Con questo studio fondamentale, il team MAGIC ha quindi posto un punto d'appoggio per la ricerca futura e test ancora più rigorosi della teoria di Einstein nel 21° secolo. Oscar Blanc, portavoce della collaborazione MAGIC, ha concluso:"Questa volta, abbiamo osservato un GRB relativamente vicino. Speriamo di cogliere presto eventi più luminosi e più lontani, che consentirebbe test ancora più sensibili."