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Origens de raios cósmicos detectadas pelo satélite Fermi

Pesquisadores registram aceleração de prótons em restos de supernovas

Greg Stewart, SLAC National Accelerator Laboratory
Concepção artística da onda de choque de uma supernova. 
Por John Matson 

 

O cosmo é cheio de surpresas – não se passa uma semana sem que algum grupo de astrônomos anuncie uma nova descoberta incrível que abala teorias e expectativas.

Igualmente importante é a pesquisa cotidiana  e trabalhosa necessária para confirmar o que a astronomia já antecipou. Um novo estudo sobre as origens de raios cósmicos em nossa galáxia é um desses exemplos.

Essas partículas de alta energia, em sua maioria prótons, bombardeiam a Terra de todas as direções.

Astrofísicos há muito suspeitam que ondas de choque da expansão de supernovas ancestrais – estrelas que explodiram há milhares de anos – aceleram prótons a altas velocidades, lançando-os pela galáxia para eventualmente colidir com a Terra. Mas foram necessários quatro anos para que uma equipe de pesquisadores de um dos principais observatórios espaciais da Nasa confirmasse essa suspeita com evidências sólidas.

Stefan Funk e Yasunobu Uchiyama da Stanford University, Takaaki Tanaka da Universidade de Kyoto e seus colegas usaram um instrumento do Telescópio Espacial Fermi de Raios Gama para monitorar dois remanescentes de supernovas, conhecidos como IC 443 e W44, que explodiram há cerca de 10 mil anos, relativamente próximas da Via Láctea. Os raios gama são a variedade de fótons de mais alta energia , com milhões ou até bilhões de vezes a energia de um fóton de luz visível.

“Com os raios gama que detectamos com o Telescópio Fermi de Grande Área, mostramos que raios cósmicos são acelerados em remanescentes de supernova”, declarou Funk em uma conferência da Associação Americana para o Avanço da Ciência, em Boston, transmitida pela internet. “Nos dois remanescentes de supernova os raios gama tem um disparo de nuvem de particulas característico e único que agora, pela primeira vez, fornece evidências incontestáveis de que são prótons acelerados”. Os pesquisadores publicaram suas descobertas no volume de 15 de fevereiro da Science.

A  “disparo de nuvem” como disse Funk, era um déficit de raios gama de baixa energia se comparados a sua contrapartes mais energéticas no espectro de fótons emitidos pelos remanescentes de supernova. Isso sinaliza uma origem de raios gama a partir de um decaimento de partículas chamado de píons neutros, que são produzidos quando prótons de alta energia (a partir da onda de choque de uma supernova, por exemplo) colidem com prótons mais comuns em densas nuvens de gás interestelar. A produção de píons neutros nos dois locais remanescentes de supernovas sinaliza, portanto, que os objetos de fato aceleraram prótons a velocidades tremendas.

Astrofísicos precisam se basear em evidências observacionais como píons neutros e os raios gamas que eles produzem porque os raios cósmicos em si – os prótons de alta energia – carregam carga elétrica e, portanto, são desviados por campos magnéticos conforme viajam pela galáxia. “Eles não mostram de onde vieram”, observa Funk, falando sobre raios cósmicos. “Então nós temos que observar os mensageiros neutros”.

E aí reside o apelo de fótons de raios gama, que não carregam carga elétrica. “Esses raios gama podem ser produzidos por prótons energéticos e então viajar em linhas retas e nos dizer onde os prótons são acelerados, onde os raios cósmicos são produzidos”, adiciona Funk.

Os dois objetos que Funk e seus colegas estudaram têm raios gama em intensidade superior a qualquer outro remanescente de supernova, o que os torna alvos óbvios para a busca. Mas mesmo assim, distinguir a produção de raios gama do material  brilhantes ao redor de estrelas mortas levou algum tempo. “O problema é que a assinatura que estamos procurando está no finalzinho do espectro de energia do detector”, explica Funk. “E nessas energias baixas, os raios gama não deixam muita informação no detector”.