300-TeV-Photon stellt Forschende vor Rätsel: Neue Theorie erklärt kosmische Reise

Ein einzelnes Lichtteilchen aus einem extrem energiereichen Gammablitz beschäftigt derzeit die Astrophysik. Das Photon hatte eine Energie von 300 Teraelektronenvolt und wurde im Zusammenhang mit dem Gammablitz GRB 221009A registriert. Nach bisherigen Modellen hätte es die rund zwei Milliarden Lichtjahre lange Reise zur Erde nicht unbeschadet überstehen dürfen.

Warum das Photon eigentlich verschwinden müsste

Auf seinem Weg durch das All hätte das hochenergetische Photon mit Lichtteilchen der kosmischen Hintergrundstrahlung wechselwirken können. Diese Strahlung ist ein Relikt aus der Frühzeit des Universums und füllt den Raum nahezu überall. Nach der klassischen Rechnung wäre die Energie des Photons dabei so verändert worden, dass es den Detektor auf der Erde nicht hätte erreichen können.

Der russische Carpet-Detektor am Baksan-Observatorium registrierte das Teilchen trotzdem. Damit entstand ein Widerspruch zwischen Messung und Modell. Solche Widersprüche sind für die Forschung wertvoll: Sie zwingen Wissenschaftler, Annahmen zu prüfen, statt ein ungewöhnliches Ergebnis vorschnell zu verwerfen.

Eine kosmische Abkürzung

Die Astrophysiker Giorgio Galanti und Marco Roncadelli entwickelten ein Modell, das zwei Effekte kombiniert. Ein Photon könnte sich demnach unterwegs vorübergehend in ein axionartiges Teilchen verwandeln. In dieser Form würde es die kosmische Hintergrundstrahlung anders durchqueren. Kurz vor der Erde könnte daraus wieder ein messbares Photon werden.

Allein dieser Mechanismus reicht nach den Berechnungen nicht aus. Die Forscher ergänzten ihr Modell deshalb um eine mögliche Verletzung der Lorentz-Invarianz. Diese Grundannahme der speziellen Relativitätstheorie besagt vereinfacht, dass Naturgesetze für gleichförmig bewegte Beobachter gleich bleiben.

Noch keine neue Physik bewiesen

Das Modell passt zu einer weiteren Beobachtung: Das 300-TeV-Photon traf 4.536 Sekunden nach den schwächeren Lichtteilchen des Gammablitzes ein. Die Verzögerung entspricht ungefähr dem Wert, den die Rechnung vorhersagt. Das macht die Idee interessant, ersetzt aber noch keinen unabhängigen Nachweis.

Die Studie wurde zur Veröffentlichung in den Physical Review Letters angenommen und liegt vorab als Preprint vor. Weitere Messungen müssen zeigen, ob sich der Effekt wiederholt. Bis dahin bleibt die kosmische Überholspur eine elegante Erklärung für ein außergewöhnliches Signal – und ein Beispiel dafür, wie neue Daten etablierte Modelle herausfordern.