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domingo, 30 de outubro de 2022

Os raios cósmicos impulsionam ventos galácticos

Utilizando o VLA (Karl G. Jansky Very Large Array), os astrônomos descobriram uma nova e importante pista sobre como as galáxias põem freios aos vigorosos episódios de formação estelar.

© ESO (ilustração de ventos galácticos)

A ilustração mostra os ventos cósmicos (azul e verde) sobreposta a uma imagem, no visível, da galáxia M33 (vermelho e branco) observada com o VST (VLT Survey Telescope) no Observatório Paranal do ESO no Chile.

Um novo estudo da galáxia vizinha M33 indica que os velozes raios cósmicos podem impulsionar ventos que sopram para longe o gás necessário para formar novas estrelas. Tais ventos são responsáveis por abrandar o ritmo de formação estelar à medida que as galáxias evoluem ao longo do tempo. 

No entanto, as ondas de choque de explosões de supernova e de jatos energéticos alimentados por buracos negros supermassivos, provenientes de núcleos galácticos, têm sido considerados os principais impulsionadores destes ventos. 

Pensava-se que os raios cósmicos contribuíam pouco, particularmente em galáxias como M33 que têm regiões de prolífica formação estelar. Temos visto ventos galácticos impulsionados por raios cósmicos na nossa própria Via Láctea e na galáxia de Andrômeda, que têm taxas muito mais fracas de formação estelar, mas ainda não numa galáxia como M33. 

Os astrônomos fizeram detalhadas observações em vários comprimentos de onda de M33 com o VLA, uma galáxia espiral a quase 3 milhões de anos-luz de distância e que faz parte do Grupo Local de galáxias que inclui a Via Láctea. Também utilizaram dados de observações anteriores do VLA, do radiotelescópio de Effelsberg na Alemanha e telescópios de ondas milimétricas, telescópios ópticos e infravermelhos. 

Estrelas muito mais massivas do que o nosso Sol têm vidas mais curtas, acabando por explodir como supernovas. As explosivas ondas de choque podem acelerar as partículas até quase à velocidade da luz, criando raios cósmicos. Uma quantidade suficiente destes raios cósmicos pode construir uma pressão que impulsiona os ventos a afastarem o gás necessário para continuar formando estrelas. As observações VLA indicaram que os raios cósmicos em M33 estão escapando das regiões onde nascem, tornando-os capazes de conduzir ventos mais extensos. 

Com base nas suas observações, os astrônomos concluíram que as numerosas explosões de supernova e remanescentes de supernova nos gigantescos complexos de prolífera formação estelar de M33 tornavam mais prováveis os ventos impulsionados pelos raios cósmicos. Isto significa que os raios cósmicos são provavelmente uma causa mais geral dos ventos galácticos, particularmente em tempos anteriores na história do Universo, quando a formação estelar estava ocorrendo a um ritmo muito mais elevado. Este mecanismo torna-se assim um aspecto mais importante na compreensão da evolução das galáxias ao longo do tempo.

Um artigo foi divulgado no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: National Radio Astronomy Observatory

quinta-feira, 14 de fevereiro de 2013

A origem misteriosa dos raios cósmicos

Novas observações muito detalhadas obtidas pelo Very Large Telescope (VLT) do ESO dos restos de uma supernova com mil anos de idade, revelaram pistas sobre a origem dos raios cósmicos.

supernova remanescente SN 1006

© ESO (supernova remanescente SN 1006)

Pela primeira vez, as observações sugerem que a presença de partículas muito rápidas nos restos de supernova podem ser as precursoras dos raios cósmicos.

No ano de 1006 foi vista no céu austral uma nova estrela, tendo sido registada em todo o mundo. Era muitas vezes mais brilhante do que o planeta Vênus e pode até mesmo ter rivalizado com o brilho da Lua. Era tão brilhante no seu máximo, que produzia sombras e podia ser vista durante o dia. Mais recentemente, astrônomos identificaram o local desta supernova e deram-lhe o nome de SN 1006. Encontraram também um anel de material brilhante em expansão na constelação austral do Lobo, que constitui os restos desta vasta explosão.

observações da frente de choque da SN 1006

© ESO (observações da frente de choque da SN 1006)

Durante muito tempo suspeitou-se que tais restos de supernova pudessem ser o local onde alguns raios cósmicos se formariam. Os raios cósmicos são partículas de energia muito elevada que têm origem fora do Sistema Solar e que viajam quase à velocidade da luz. Mas até agora, a maneira como estes raios se formariam permanecia um mistério.
Uma equipe de astrônomos liderados por Sladjana Nikolić (Instituto Max Planck para a Astronomia, Heidelberg, Alemanha) utilizou o instrumento VIMOS montado no VLT para observar com detalhe inédito o resto da supernova SN 1006, com um milhar de anos de idade. A equipe pretendia estudar o que acontece na região onde o material ejetado a alta velocidade pela supernova entra em contato com a matéria interestelar estacionária, a frente de choque. Esta frente de choque, que se expande a enorme velocidade, é semelhante à explosão sônica produzida por um avião que entra em velocidade supersônica e é um candidato natural a um acelerador de partículas cósmicas.
Pela primeira vez, a equipe obteve não apenas informação sobre o material na frente de choque em determinado ponto, mas construiu também um mapa das propriedades do gás e de como é que essas propriedades variam ao longo da frente de choque, o que forneceu pistas vitais para o mistério.
Os resultados foram surpreendentes, sugerindo que existem no gás muitos prótons deslocando-se a alta velocidade na região do choque. Estes prótons chamam-se supertérmicos, já que se movem muito mais depressa do que o esperado, tendo em conta apenas a temperatura do material. Embora estes não sejam os tão procurados raios cósmicos de alta energia propriamente ditos, podem muito bem ser as “partículas semente” necessárias, que irão seguidamente interagir com o material da frente de choque de modo a atingir as energias extremamente elevadas necessárias para que voem pelo espaço como raios cósmicos.
Nikolić explica: “Esta é a primeira vez que fomos capazes de ver em detalhe o que está acontecendo na frente de choque de uma supernova e ao seu redor. Encontramos evidências da existência de uma região que está sendo aquecida da maneira que esperaríamos se houvessem prótons retirando energia por detrás da frente de choque”.
O estudo foi o primeiro a utilizar um espectrógrafo de campo integral para investigar as propriedades das frentes de choque de restos de supernova com o máximo detalhe. Este efeito é conseguido utilizando a chamada unidade de campo integral do VIMOS, onde a radiação coletada por cada pixel é separada nas suas componentes de cor e cada um destes espectros é gravado. Os espectros são posteriormente analisados individualmente, mapeando-se assim as velocidades e as propriedades químicas de cada parte do objeto observado. A equipe espera agora aplicar o método a outros restos de supernova.
O co-autor Glenn van de Ven do Instituto Max Planck para a Astronomia, conclui: “Este tipo de aproximação observacional inovadora pode ser a chave para resolver o mistério de como é que os raios cósmicos se formam nos restos de supernova”.

Os resultados sairam hoje na revista Science.

Fonte: ESO

sábado, 20 de outubro de 2012

Nova fonte de raios cósmicos

Pesquisadores do Centro Nacional para Pesquisa Científica da França anunciaram a descoberta de uma nova fonte de raios cósmicos.

aglomerado de estrelas Arches

© Hubble (aglomerado de estrelas Arches)

Usando dados coletados pelo satélite XMM-Newton a partir da observação do o aglomerado de estrelas Arches, os astrônomos descobriram que esse tipo de fenômeno pode ser produzido pelo impacto de milhares de estrelas jovens se movendo a cerca de 700.000 quilômetros por hora pelo espaço.

Apesar do nome, os raios cósmicos não são exatamente raios, mas partículas energicamente carregadas que percorrem o espaço. Eles foram descobertos há 100 anos pelo físico austríaco Victor Franz Hess, que detectou radiação ionizante de origem extraterrestre atingindo nosso planeta. A origem dessas partículas se tornou clara com o tempo: elas vinham de supernovas. Com a explosão dessas estrelas, sua matéria é ejetada a velocidade supersônica, gerando ondas de choque que aceleram essas partículas. Como resultado, os núcleos atômicos ganham energia cinética muito alta, percorrem grandes distâncias e conseguem entrar na atmosfera da Terra.
No entanto, somente esses raios cósmicos de alta energia são detectados nas vizinhanças da Terra. Raios mais fracos acabam sendo desviados por partículas que são ejetadas pelo Sol, conhecidas como ventos solares. Até agora, os pesquisadores não tinham sido capazes de estudar esses raios com menor energia, que podiam vir de outras fontes na galáxia.
A solução encontrada pelos pesquisadores foi procurar indiretamente por esses raios. Isso foi possível porque os cósmicos, ao interagir com os átomos de gás em sua volta, produzem uma emissão característica de raios X, que pôde ser captada pelo satélite XMM-Newton.
Como resultado, os astrônomos descobriram sinais de uma grande e rápida população de partículas carregadas nas vizinhanças do aglomerado Arches, a cerca de cem anos-luz do centro de nossa galáxia. Segundo os cientistas, os raios cósmicos provavelmente são produzidos pela colisão em alta velocidade das estrelas do aglomerado com nuvens de gás que encontram em seu caminho.
Essa é a primeira vez que uma fonte de raios cósmicos de baixa energia foi descoberta fora do Sistema Solar. Ela mostra que as ondas de choque de supernovas não são os únicos objetos capazes de causar aceleração em massa de núcleos atômicos e criar os raios cósmicos em nossa galáxia. A descoberta deve ajudar a identificar novas fontes de partículas carregadas no meio interestelar e pode levar a uma melhor compreensão dos efeitos dessas partículas na formação de estrelas.

Fonte: Astronomy & Astrophysics

sábado, 11 de agosto de 2012

Um século da descoberta dos raios cósmicos

Os raios cósmicos são núcleos atômicos que viajam por milhões de anos com velocidades próximas da velocidade da luz até chegarem na Terra.

colapso de estrela gigante emitindo raios cósmicos

© NASA (colapso de estrela gigante emitindo raios cósmicos)

No início de agosto, os cientistas comemoram os 100 anos da sua descoberta, mas a história desses raios cósmicos começa bem antes.
Em 1780, um exímio cientista, o físico francês Charles-Augustin de Coulomb, percebeu que uma esfera eletricamente carregada perdia espontaneamente sua carga. Isto era estranho por que até então se pensava que o ar fosse um isolante, não um condutor.
Em 1860, Henri Becquerel descobriu a radioatividade, e que os raios X podiam ionizar o ar. O ar ionizado tornava-se então condutor. Em seguida, surgiu outro mistério: mesmo que você protegesse um condutor eletrificado com chumbo, ele continuava perdendo a carga. Como isto acontecia, quando se sabia que o chumbo barrava as radiações conhecidas?
O cientista austríaco Victor Hess descobriu que a ionização do ar era três vezes maior em grandes altitudes que ao nível do mar. Em 7 de agosto de 1912, viajando de balão de ar quente a 5.000 metros de altitude, ele fez medidas da ionização e descobriu que ela crescia com a altitude, descoberta que lhe rendeu um prêmio Nobel de Física em 1936. Hess concluiu que devia haver uma fonte radioativa extremamente poderosa penetrando a atmosfera, vinda de fora.
Nos anos seguintes, os cientistas descobriram que os raios cósmicos, como Robert Millikan os chamava, não eram raios, mas sim partículas com carga elétrica e muita energia. Na maioria prótons, elas atingiam a atmosfera e criavam uma cascata de subprodutos: fótons, elétrons e múons.
Se a natureza da radiação cósmica era conhecida, o mesmo não se podia dizer da origem destas partículas, ainda um mistério. Que fenômeno natural era este que arremessava uma partícula a velocidade muito próxima da velocidade da luz, e com até 100 bilhões de vezes mais energia que os nossos mais poderosos aceleradores de partículas?
Uma teoria proposta dizia que estas partículas eram aceleradas por explosões de supernovas, e também pelo vento estelar de estrelas supermassivas. Tudo que se precisava fazer para provar isso era encontrar uma galáxia que tivesse muitas estrelas em formação, como a galáxia M82, ou Galáxia do Charuto, que tem uma atividade de geração de novas estrelas muito intensa.

galáxia M82

© Hubble (galáxia do Charuto)

Em 2009, vinte anos depois da teoria ser proposta, o telescópio VERITAS (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System) conseguiu confirmá-la.
Apesar da descoberta do VERITAS, ainda estão sendo feitos estudos para identificar a origem dos raios cósmicos mais poderosos que chegam ao nosso planeta, para confirmar a hipótese da origem das partículas. O Observatório Pierre Auger é um dos que está investigando esta origem. Ele é composto de 1.600 detectores Cherenkov espalhados em uma área de 3.000 km² na Argentina.
O sistema que controla todos estes detectores acabou também sendo usado em outra aplicação inusitada: controlar via rádio as sinalizações de uma linha de trem na Escócia. A segurança da linha de 700 quilômetros é um resultado indireto dos voos de balão de ar quente de Hess, um século atrás.

Fonte: ScienceDaily