Ce photon n’aurait jamais dû arriver jusqu’à nous, deux physiciens pensent avoir compris pourquoi

À deux milliards d’années-lumière, une explosion a lancé vers notre planète une particule chargée d’une énergie extrême. D’après tous les calculs, son voyage aurait pourtant dû s’arrêter avant d’atteindre la Terre. Deux physiciens italiens proposent une explication susceptible de remettre en cause l’un des piliers de la relativité.

Même les principes de la physique fondamentale peuvent désormais être remis en cause. Quand les observations contredisent les modèles, les scientifiques choisissent de revoir la théorie plutôt que d’écarter un résultat gênant. En juillet, des physiciens ont proposé la gravastar afin d’éviter la singularité située au cœur des trous noirs. Pour l’heure, ces travaux restent purement théoriques. Ils reflètent surtout la nécessité d’un cadre plus vaste.

Autour de la matière noire, de nouvelles hypothèses cherchent elles aussi à résoudre plusieurs mystères en même temps. Les observations du ciel alimentent régulièrement ce type de travaux. En octobre 2022, un sursaut gamma d’une puissance exceptionnelle a temporairement aveuglé la majorité des appareils placés en orbite. BOAT, pour Brightest Of All Time, est le surnom choisi par les astronomes. À deux milliards d’années-lumière, la formation d’un trou noir serait à l’origine de ce flash, un phénomène censé survenir une fois tous les 10 000 ans.

Le photon record du sursaut BOAT aurait trouvé un raccourci pour atteindre la Terre

Un problème est apparu très vite. Après le sursaut BOAT, les détecteurs ont relevé parmi les particules un photon atteignant 300 téraélectronvolts. Une telle énergie aurait normalement provoqué sa destruction lors d’une collision avec le fond diffus cosmologique, bien avant que le rayonnement puisse parvenir jusqu’à la Terre. Giorgio Galanti et Marco Roncadelli résument l’improbabilité du trajet avec l’image d’une flèche parcourant une forêt longue de deux milliards d’années-lumière sans jamais heurter un arbre. Dans une étude parue dans Physical Review Letters, les deux Italiens proposent une possible échappatoire. Ce grain de lumière deviendrait parfois une particule ultralégère, avant de reprendre sa forme initiale. Aux très hautes énergies, certains modèles de gravité quantique autorisent ce comportement en acceptant une entorse à l’invariance de Lorentz, un principe issu de la relativité restreinte.

Restait ensuite à confronter cette idée aux données. D’après leur modèle, les rayonnements de basse énergie devaient parvenir une heure avant le photon le plus violent du sursaut BOAT. À l’époque, exactement ce décalage avait été relevé par un observatoire chinois, indépendamment de ces travaux. La prudence demeure pourtant nécessaire puisque personne n’a encore réussi à détecter ces fameuses particules ultralégères. Pour les deux auteurs, leur scénario reste seulement une piste parmi d’autres. Le cosmos deviendra un laboratoire de gravité quantique inaccessible à nos accélérateurs si de futures observations confirment le mécanisme.