Os astrônomos há muito que procuram os locais de lançamento de alguns dos prótons mais energéticos da Via Láctea.
© NASA / Fermi (fontes emitindo raios gama)
Esta sequência compara os resultados do Fermi em três gamas de energia. O pulsar J2229+6114 é a fonte brilhante no topo, a ponta norte do remanescente da supernova G106.3+2.7 (delineado em verde). Em cada gama de energia, a sequência mostra primeiro o número de raios gama e depois as quantidades em excesso em comparação com as expectativas de um modelo de fundo. Cores mais brilhantes indicam números maiores de raios gama ou quantidades em excesso. Nas energias mais elevadas, surge uma nova fonte de raios gama, produzida quando os prótons acelerados pela onda de choque da supernova atingem uma nuvem de gás próxima.
Agora, um estudo utilizando 12 anos de dados do telescópio espacial Fermi da NASA confirma um remanescente de supernova que é exatamente um destes locais. O Fermi mostrou que as ondas de choque de estrelas que explodiram impulsionam as partículas a velocidades comparáveis às da luz.
Chamados raios cósmicos, estas partículas assumem principalmente a forma de prótons, mas podem incluir elétrons e núcleos atômicos. Dado que transportam uma carga elétrica, os seus percursos tornam-se confusos à medida que atravessam o campo magnético da nossa Galáxia.
Uma vez que já não podemos dizer de que direção tiveram origem, isto mascara o seu local de nascimento. Mas quando estas partículas colidem com gás interestelar perto do remanescente de supernova, produzem um brilho em raios gama, a forma mais energética de luz que existe.
Os teóricos pensam que os prótons mais energéticos dos raios cósmicos na Via Láctea atingem 1x10^15 eV (quatrilhões de elétrons-volt). A natureza precisa das fontes PeVatrons, tem sido difícil de localizar. Presas por campos magnéticos caóticos, as partículas atravessam repetidamente a onda de choque da supernova, ganhando velocidade e energia com cada passagem. Eventualmente, o remanescente já não consegue segurá-las e deslocam-se velozmente para o espaço interestelar. Aceleradas até cerca de 10 vezes a energia reunida pelo acelerador de partículas mais poderoso do mundo, o LHC (Large Hadron Collider), os prótons PeV estão à beira de escapar por completo da Via Láctea.
Os astrônomos identificaram alguns PeVatrons suspeitos, incluindo um no centro da nossa Galáxia. Naturalmente, os remanescentes de supernova encabeçam a lista de candidatos. No entanto, dos cerca de 300 remanescentes conhecidos, apenas alguns foram encontrados emitindo raios gama com energias suficientemente elevadas.
O remanescente da supernova G106.3+2.7, é uma nuvem em forma de cometa localizada a cerca de 2.600 anos-luz de distância na direção da constelação de Cefeu. Um pulsar brilhante cobre a extremidade norte do remanescente de supernova e os astrônomos pensam que ambos os objetos se formaram na mesma explosão.
O LAT (Large Area Telescope) do Fermi, o seu instrumento primário, detectou raios gama na faixa de energias GeV (bilhões de elétrons-volt) oriundos da cauda estendida do remanescente. Para comparação, a energia da luz visível mede entre 2 e 3 elétrons-volt). O VERITAS (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System) no Observatório Fred Lawrence Whipple registou raios gama ainda mais energéticos da mesma região. E tanto o HAWC (High-Altitude Water Cherenkov Gamma-Ray Observatory) no México como a Tibet AS-Gamma Experiment na China detectaram fótons com energias de 100 TeV (100 trilhões de elétrons-volt) da área estudada pelo Fermi e pelo VERITAS.
O pulsar, J2229+6114, emite os seus próprios raios gama num feixe parecido ao de um farol enquanto gira, e este brilho domina a região a energias de alguns GeV. A maior parte desta emissão ocorre na primeira metade da rotação do pulsar. A equipe efetivamente desligou o pulsar ao analisar apenas os raios gama que chegam da última parte do ciclo. Abaixo dos 10 GeV, não há emissão significativa da cauda do remanescente. Acima desta energia, a interferência do pulsar é insignificante e a fonte adicional torna-se facilmente aparente.
A análise detalhada da equipe favorece esmagadoramente os prótons PeV como as partículas que conduzem esta emissão de raios gama. Até agora, o G106.3+2.7 é único, mas pode revelar-se o membro mais brilhante de uma nova população de remanescentes de supernova que emitem raios gama e que atingem energias na faixa dos TeV. Fontes adicionais poderão ser reveladas através de observações futuras pelo Fermi e por observatórios de raios gama em energias muito altas.
Um artigo foi publicado no periódico Physical Review Letters.
Fonte: Goddard Space Flight Center
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