Vuonna 2022 tutkijat havaitsivat poikkeuksellisen suurienergisen fotonin, joka oli peräisin kaukaisesta gammapurkauksesta. Löytö hämmästyttää tähtitieteilijöitä yhä, sillä nykyfysiikan mukaan fotoni ei olisi voinut mitenkään selvitä matkasta maapallolle asti.

Syy on siinä, ettei avaruus ole täysin tyhjä. Näin suurienergisen fotonin olisi pitänyt vuorovaikuttaa kosmisen taustasäteilyn kanssa ja muuttua muiksi hiukkasiksi jo paljon ennen saapumistaan maapallolle.

Tähtitieteilijät ovatkin verranneet fotonin matkaa siihen, että tiheän metsän läpi ammuttaisiin nuoli ilman että se osuisi yhteenkään puuhun. Tässä tapauksessa metsä olisi vieläpä kahden miljardin valovuoden levyinen.

"Aloitimme hyvin yksinkertaisella kysymyksellä: miten tämä fotoni selvisi matkasta, jonka pitäisi tuhota se tunnetun fysiikan mukaan", kertoo Giorgio Galanti italialaisesta INAF-tutkimuskeskuksesta.

Yksi viime vuosina keksitty mahdollinen selitys on, että fotoni pystyisi muuttumaan väliaikaisesti aksionin kaltaiseksi, vielä hypoteettiseksi hiukkaseksi. Siten se voisi selviytyä matkasta. Aksionit ovat teoreettisia kandidaatteja pimeän aineen hiukkasiksi.

Tähän asti on ajateltu, että ehdotettu mekanismi pystyisi selittämään vain fotonit, joiden energiat yltävät muutamiin kymmeniin teraelektronivoltteihin. Tutkitun hiukkasen energia oli paljon suurempi, noin 300 teraelektronivolttia.

Galantin johtamassa tutkimuksessa onnistuttiin osoittamaan, että mekanismi voi toimia näinkin korkeilla energioilla.

Erityisen kiinnostavaa mallissa on, että se antaa vastauksen myös toiseen tähän fotoniin liittyvään kummallisuuteen. Tutkijoiden on ollut vaikea selittää, miksi se saapui noin tunnin myöhemmin kuin pienempienergiset fotonit. 

Jos fotoni olisi matkan ajaksi muuttunut aksionin kaltaiseksi hiukkaseksi, syntyisi havaittua suuruusluokkaa oleva aikaero.

Aiheesta julkaistu tutkimus (englanniksi)