Uma Fonte que acelera os raios cósmicos foi descoberta no Centro da Galáxia

O centro da nossa galáxia é lar para muitos objetos capazes de produzir raios cósmicos de alta energia, incluindo em particular um remanescente de uma supernova, uma nebulosa pulsar, e um conjunto compacto de estrelas massivas. Imagem cortesia da CEA.

Desde à mais de dez anos, o observatório H.E.S.S. na Namíbia, dirigido por uma colaboração internacional de 42 instituições de 12 países, mapeia o centro da nossa galáxia em raios gama de muito alta energia. Estes raios gama são produzidos por raios cósmicos da região mais interna da Galáxia. Uma análise detalhada dos últimos dados do H.E.S.S., publicada a 16 de Março de 2016 na revista Nature, revela pela primeira vez que a fonte desta radiação cósmica de energias nunca antes observada na Via Láctea: o buraco negro supermassivo no centro da galáxia, tende a acelerar os raios de energia cósmica 100 vezes mais do que as obtidas no maior acelerador de partículas terrestre, o LHC no CERN.

A Terra é constantemente bombardeada por partículas de alta energia (protões, eletrões e núcleos atómicos) de origem cósmica, partículas que compõem o chamado “radiação cósmica”. Estes “raios cósmicos” são electricamente carregados e, portanto, fortemente desviados pelos campos magnéticos interestelares que permeiam a nossa galáxia. O seu caminho através do cosmos é ao acaso por esses desvios, o que torna impossível identificar directamente as fontes astrofísicas responsáveis ​​pela sua produção. Assim, durante mais de um século, a origem dos raios cósmicos continua a ser um dos mistérios mais duradouros da ciência.

Felizmente, os raios cósmicos interagem com a luz e gás na vizinhança das suas fontes, produzindo raios gama. Estes raios gama viajam em linhas rectas, não deflectidas por campos magnéticos, e, portanto, pode ser rastreado até sua origem. Quando um raio gama de muito alta energia atinge a Terra, ela interage com uma molécula na atmosfera superior, produzindo uma chuva de partículas secundárias, que emite um pulso curto de “luz Cherenkov.” Ao detectar esses flashes de luz usando telescópios equipados com espelhos grandes, foto-detectores sensíveis e eletrónicos rápidos, mais de 100 fontes de raios gama de muito alta energia foram identificados ao longo das últimas três décadas. O observatório H.E.S.S. (Sistema Estereoscópico de Alta Energia) na Namíbia representa a última geração de tais tipos de telescópio. Ele é operado por cientistas de 42 instituições em 12 países, com as principais contribuições do MPIK Heidelberg, na Alemanha e CEA e o CNRS, em França.

Hoje sabemos que os raios cósmicos com energias até cerca de 100 tera eléctron-volts (TeV) 1 são produzidos na nossa galáxia, por objectos tais como restos de supernovas e nebulosas pulsares. Argumentos teóricos e medidas directas dos raios cósmicos que atingem a Terra indicam, no entanto, que as fábricas de raios cósmicos na nossa galáxia devem ser capazes de fornecer partículas até um petaelectronvolt (PEV) 2, pelo menos. Embora muitos aceleradores multi-TeV tenham sido descobertos nos últimos anos, as procura das fontes dos raios cósmicos galácticos de mais alta energia têm, até agora, sido pouco bem-sucedida.

Observações detalhadas da região do centro Galáctico, feitas pelo H.E.S.S. ao longo dos últimos dez anos, e publicado hoje na revista Nature, finalmente fornecem indicações directas para a tal aceleração dos raios cósmicos PeV. Durante os primeiros três anos de observações, o H.E.S.S. descobriu uma fonte muito poderosa de ponto de raios gama na região do centro galáctico, bem como a emissão de raios gama difusa das nuvens moleculares gigantes que a rodeiam numa região de aproximadamente 500 anos-luz de diâmetro. Estas nuvens moleculares são bombardeadas por raios cósmicos que se deslocam quase à velocidade da luz, e que produzem raios gama através das suas interações com as nuvens. Uma notavelmente boa coincidência espacial entre os raios gama observada e a densidade do material nas nuvens, indicou a presença de um ou mais aceleradores de raios cósmicos nessa região. No entanto, a natureza da fonte permanecia um mistério.

Observações mais profundas obtidas pelo H.E.S.S. entre 2004 e 2013 trouxe uma nova luz sobre os processos que alimentam os raios cósmicos na região. De acordo com Aion Viana (MPIK, Heidelberg),

“A quantidade sem precedentes de dados e os progressos realizados em metodologias de análise, permite-nos medir simultaneamente a distribuição espacial e a energia dos raios cósmicos”

Com estas medições únicas, os cientistas do H.E.S.S. são, pela primeira vez, capazes de identificar a origem dessas partículas, diz Emmanuel Moulin (CEA, Saclay):

“Nalgum lugar da área de 33 anos-luz centrais da Via Láctea há uma fonte astrofísica capaz de acelerar protões e a energia em cerca de um petaelectronvolt, continuamente, durante pelo menos 1.000 anos”

Em analogia com o “Tevatron”, o primeiro acelerador embutido humano que alcançou energias de 1 TeV, esta nova classe de aceleração cósmica tem sido apelidada de “Pevatron”, acrescenta Stefano Gabici (CNRS, Paris):

“Com o H.E.S.S. agora somos capazes de rastrear a propagação de protões PEV na região central da galáxia”

O centro da nossa galáxia é o lar de muitos objetos capazes de produzir raios cósmicos de alta energia incluindo, em particular, um remanescente de supernova, uma nebulosa pulsar, e um conjunto compacto de estrelas massivas. No entanto segundo Felix Aharonian (MPIK, Heidelberg e DIAS, Dublin):

“O buraco negro supermassivo localizado no centro da galáxia, chamada Sgr A *, é a fonte mais plausível dos protõess PEV, e “várias possíveis regiões de aceleração pode ser consideradas, quer na proximidade imediata do buraco negro, ou mais longe, quando uma fracção do material que cai dentro do buraco negro é ejectada de volta para o ambiente, iniciando-se assim a aceleração de partículas”

A medição da emissão de raios gama do H.E.S.S. pode ser usada para inferir o espectro dos protões que foram acelerados pelo buraco negro central – revelando que é muito provável que o Sgr A * esteja a acelerar prótons a energias PEV. Actualmente, esses protões não podem explicar o fluxo total dos raios cósmicos detectados na Terra.  Os cientistas argumentam

“Se, no entanto, o nosso buraco negro central foi mais activo no passado então ele poderia realmente ser responsável pela maior parte dos raios cósmicos galácticos que são observados hoje na Terra”

A ser verdade, isso iria influenciar drasticamente o debate que dura à cerca de um século sobre a origem destas partículas enigmáticas.

Fonte: https://www.sciencedaily.com/releases/2016/03/160317095013.htm

 

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