Limites de l’invariance de Lorentz grâce au GRB 221009A observé par LHAASO

Les théories de la gravitation quantique (sauf la théorie des cordes) prédisent que l’invariance de Lorentz est violée au-dessus d’une certaine énergie E_QG proche de l’échelle de Planck (E_Pl). Dans ces théories la formule E = pc pour un photon, équivalente au fameux E = m c², est corrigée avec des puissances d’énergie (car le photon se propage dans un espace-temps quantique pour les énergies E > E_QG). Il est publié dans Lettres d’examen physique la meilleure limite d’exclusion pour de telles corrections linéaires, E_QG,1 > 10 E_Plet quadratique E_QG,2 > 6 × 10⁻⁸ E_Plune limite qui améliore les niveaux précédents d’un facteur compris entre 5 et 7. Elle a été obtenue grâce à l’observation de l’épidémie de rayons gamma GRB 221009A par le détecteur WCDA (Réseau de détecteurs Cherenkov pour l’eau) par LHAASO (Observatoire des grandes pluies atmosphériques à haute altitude) à Daocheng, en Chine, à 4 410 mètres d’altitude. Il s’agit du GRB le plus brillant observé jusqu’à présent, avec environ 64 000 photons avec des énergies comprises entre 0,2 et 7 TeV au cours de ses 4 000 premières secondes. Même si la source est proche, avec un redshift de z = 0,151, les meilleures limites pour les corrections linéaires et quadratiques ont été obtenues jusqu’à présent. On espère que les futures observations du LHAASO pourront améliorer ces limites de l’invariance de Lorentz.

La formule utilisée pour la relation de dispersion d’un photon en gravitation quantique est E² = p²c²(1 − ∑_n voir_QG,n)ⁿ), avec n = 1, 2, …, ∞ et s = +1 (−1) pour les corrections sublight (superlight). Pour les sublights (s = +1) les limites obtenues sont E_QG,1 > 1,0 × 10²⁰ GeV et E_QG,2 > 6,0 × 10¹¹ GeV, environ cinq fois meilleurs que ceux obtenus avec le GRB 090510 observé par les instruments GBM (Gamma-ray Burst Monitor) et LAT (Large Area Telescope) du télescope spatial Fermi (LCMF, 17 août 2009) ; tandis que pour les supraluminaux (s = −1) ils sont E_QG,1 > 1,1 × 10²⁰ GeV et E_QG,2 > 7,0 × 10¹¹ GeV, environ sept fois mieux. Selon moi, la chose la plus pertinente dans cet article du LHAASO est la méthodologie d’analyse utilisée, qui ne repose pas sur la comparaison du photon le plus énergétique avec les autres (comme cela a été fait avec le GRB 090510) mais plutôt sur la comparaison de paquets (grappes) de photons ; Comme l’illustre la figure, la courbe de lumière observée est segmentée en dix groupes (Seg0, Seg1, …, Seg9). Ce changement méthodologique me semble très prometteur pour l’amélioration future de ces niveaux, si de nouveaux GRBs brillants sont observés dans LHAASO.

L’article est The LHAASO Collaboration, « Stringent Tests of Lorentz Invariance Violation from LHAASO Observations of GRB 221009A », Physical Review Letters 133 : 071501 (15 août 2024), doi : https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.071501, arXiv:2402.06009 [astro-ph.HE] (08 février 2024) ; Marric Stephens, « Les sursauts gamma renforcent les contraintes de la gravité quantique », APS Physics 17 : 299 (15 août 2024) [web].