Cientistas podem ter descoberto o acelerador de partículas mais poderoso do universo

Cientistas podem ter descoberto os aceleradores de partículas mais poderosos do universo — e eles estão espalhados por nossa galáxia, esperando para explodir. 

Tycho, um dos remanescentes de supernova mais bem estudados, pode ter servido brevemente como o acelerador mais poderoso do universo, sugere uma nova pesquisa. (Crédito da imagem: MPIA/NASA/Observatório Calar Alto)

Uma nova pesquisa descobre que as supernovas podem se tornar alguns dos aceleradores de partículas mais poderosos do universo — mas somente se elas liberarem uma grande quantidade de gás antes de explodirem.

Por quase um século, astrônomos têm detectado partículas de alta energia fluindo do universo distante. Conhecidas como raios cósmicos , elas são compostas principalmente de prótons e, ocasionalmente, núcleos de elementos mais pesados. A maioria dos raios cósmicos é desviada pelo campo magnético da Terra ou absorvida na atmosfera superior, mas alguns chegam até a superfície. Aproximadamente uma vez a cada segundo, um raio cósmico consegue atingir seu corpo.

Os raios cósmicos abrangem uma ampla gama de energias, com os mais poderosos ultrapassando um peta-elétron-volt (PeV). Isso equivale a um quatrilhão de elétron-volt, ou até mil vezes mais potente que as energias de colisão do Grande Colisor de Hádrons , o destruidor de átomos mais poderoso do mundo.

Os astrônomos há muito suspeitam que a morte explosiva de estrelas massivas pode ser responsável por esses raios cósmicos extremamente poderosos. Afinal, essas supernovas têm todos os ingredientes certos: há uma detonação com energia mais do que suficiente, uma inundação de partículas elementares e campos magnéticos que podem levar essas partículas a um frenesi antes de liberá-las no cosmos.

Mas observações de remanescentes de supernovas próximas, como Tycho e Cassiopeia A, não corresponderam às expectativas; os raios cósmicos vindos desses lugares são muito mais fracos do que o esperado.

Em um artigo aceito para publicação no periódico Astronomy & Astrophysics, pesquisadores resgataram a hipótese da supernova e descobriram que, em casos especiais, remanescentes de supernovas são de fato capazes de se tornarem "PeVatrons" — isto é, explosões capazes de gerar raios cósmicos PeV.

A equipe descobriu que, antes de se tornar uma supernova, uma estrela precisa perder uma quantidade significativa de massa — pelo menos dois sóis em material. Isso é bastante comum, pois ventos fortes podem remover as camadas externas da atmosfera de uma estrela antes da explosão principal. Mas, crucialmente, esse material não pode se dispersar muito amplamente. Ele precisa permanecer denso, compacto e próximo à estrela.

Então, quando a supernova finalmente acontece, a onda de choque da estrela em explosão atinge essa camada de material. E então o caos se instala.

À medida que o choque atravessa a camada circundante, os campos magnéticos aumentam até atingirem energias incrivelmente poderosas. Esses campos magnéticos pegam quaisquer partículas subatômicas aleatórias — os detritos na camada — e as aceleram, fazendo-as ricochetear para frente e para trás dentro da onda de choque. A cada ricochete, a partícula ganha mais energia. Finalmente, ela obtém energia suficiente para deixar o caos completamente e fluir para o universo.

Mas, em poucos meses, o sistema perde força à medida que a onda de choque desacelera. Ele ainda produz raios cósmicos abundantes, mas não acima do limite de PeV.

Este cenário explica por que não observamos diretamente nenhuma PeVatron ativa. Embora uma supernova ocorra na Via Láctea a cada poucos anos, nenhuma delas esteve perto o suficiente nos tempos modernos para que pudéssemos observar a curta janela em que elas podem acelerar os raios cósmicos a essas energias extremas. Portanto, teremos que ser pacientes.

Livescience.com