Fontes desconhecidas na Via Láctea apelidadas de “PeVatrons” aceleram prótons a energias de alguns PeV (petaeletronvolts), dezenas de vezes mais altas do que o rendimento do LHC (Large Hadron Collider).
© IFJ PAN/HAWC (Nebulosa do Casulo em Cygnus)
Agora, novos dados de um experimento de alta altitude no Tibete confirmam que estes raios cósmicos de altíssima energia são de fato produzidos em nossa própria Galáxia.
A distribuição dos raios cósmicos por energia sugere que estas partículas existem em duas variedades. Acredita-se que os raios cósmicos de ultra-alta energia (UHECRs) mais extremos vêm de galáxias remotas. Mas a maioria dos raios cósmicos, com energias abaixo de 4 PeV, provavelmente são originados na Via Láctea.
No entanto, a verdadeira natureza dos aceleradores de partículas PeVatron permaneceu desconhecida, em grande parte porque os caminhos dos raios cósmicos são curvados por campos magnéticos galácticos, então eles não evidenciam sua origem.
Uma grande equipe de cientistas chineses e japoneses conhecida como Colaboração Tibet ASγ detectou algumas dezenas de raios gama de energia muito alta (VHE) da Via Láctea que não estão associados a fontes conhecidas.
Acredita-se que estes raios gama, coletados entre 2014 e 2017, sejam produzidos quando os raios cósmicos se chocam contra os núcleos atômicos do meio interestelar. A teoria diz que eles carregam cerca de 10% da energia original dos raios cósmicos. O mais enérgico detectado pela equipe foi de 0,957 PeV, um recorde de todos os tempos. No total, o experimento Tibet ASγ identificou 23 raios gama com energias acima de 398 TeV na Via Láctea.
Ao contrário dos raios cósmicos, os fótons de raios gama apontam para sua origem. Portanto, o fato de estarem concentrados na faixa da Via Láctea fornece "fortes evidências de que os raios cósmicos são acelerados além das energias PeV em nossa galáxia e se espalham pelo disco galáctico.
Foram também detectados raios gama ligeiramente menos energéticos (0,1 PeV) na Nebulosa do Casulo em Cygnus, uma superbolha em torno de uma massiva região de formação de estrelas. Mas, este novo resultado é a primeira vez que fótons em energias ainda mais altas foram encontrados não em uma única fonte, mas em toda a Via Láctea.
O experimento ASγ do Tibete, de 30 anos e sempre em expansão, consiste atualmente em cerca de 700 cintiladores espalhados por uma área de 65.700 metros quadrados a uma altitude de 4.300 metros perto de Yangbajing, no Tibete. Estes detectores de chuveiro registram partículas secundárias que precipitam quando um raio gama energético colide com um núcleo de nitrogênio ou oxigênio na atmosfera da Terra.
Os dados revelam a energia e a direção do raio gama original. Para distinguir chuvas induzidas por raios gama de eventos semelhantes produzidos por raios cósmicos, o observatório também contém uma matriz subterrânea de 64 detectores de múons.
Por causa de um processo de decaimento diferente, os eventos induzidos por raios gama contêm muito menos múons, os primos pesados e de vida curta dos elétrons. A equipe classifica e eventualmente dispensa 99,9999% de todos os chuveiros detectados, deixando os chuveiros de raios gama de alta energia para análise.
Um membro da equipe, Kazumasa Kawata, da Universidade de Tóquio, em uma conferência de imprensa da American Physical Society, acrescentou que as novas observações apoiam a ideia de que raios cósmicos de altíssima energia se espalham pela galáxia. Produzidas ao longo de milhões de anos, estas partículas podem até vir de fontes que não estão mais ativas.
Os resultados do Tibete confirmam que os PeVatrons existem em nossa galáxia. Mas o que são eles? Remanescentes de supernovas sempre foram um candidato popular, mas regiões gigantes de formação de estrelas como o Casulo de Cygnus, o buraco negro no centro galáctico e pulsares energéticos são outras opções viáveis. Ainda é possível que existam diferentes tipos de PeVatron.
Os cientistas esperam corroborar os resultados de outras instalações, como o Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO), que será no final deste ano na China, o futuro Cherenkov Telescope Array (CTA), com mais de 100 telescópios em La Palma e no norte do Chile, e o Southern Wide-field Gamma-ray Observatory (SWGO) que os físicos esperam construir na América do Sul.
“Se combinarmos os dados de todos estes experimentos, estaremos começando a ter uma visão abrangente de como nossa galáxia se parece com as energias mais altas, em uma faixa de energia que era completamente inacessível antes de 2016 ou mais,” disse Kelly Malone, do Los Alamos National Laboratory. O céu de alta energia ainda tem muitos detalhes para nos ensinar sobre nossa Galáxia.
Um artigo foi divulgado no periódico Physical Review Letters.
Fonte: Sky & Telescope
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