Em uma onda de lançamentos na mídia, os últimos estudos realizados pelo Telescópio Espacial Fermi de raios gama da NASA estão iluminando o mundo da astrofísica de partículas com as notícias de como as supernovas podem ser as progenitoras dos raios cósmicos. O resto são elétrons e núcleos atômicos. Quando eles se encontram com um campo magnético, seus caminhos mudam como um carro em um parque de diversões - mas não há nada divertido em não conhecer suas origens. Agora, quatro anos de trabalho árduo realizado por cientistas do Instituto Kavli de Astrofísica e Cosmologia de Partículas no Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC do Departamento de Energia (DOE) foram recompensados. Há evidências de como nascem os raios cósmicos.
"As energias desses prótons estão muito além do que os coletores de partículas mais poderosos da Terra podem produzir", disse Stefan Funk, astrofísico do Instituto Kavli e da Universidade Stanford, que liderou a análise. "No século passado, aprendemos muito sobre os raios cósmicos quando eles chegam aqui. Temos até fortes suspeitas sobre a fonte de sua aceleração, mas não tivemos evidências inequívocas para apoiá-las até recentemente. "
Até agora, os cientistas não esclareciam alguns detalhes - como quais partículas atômicas poderiam ser responsáveis pelas emissões do gás interestelar. Para ajudar na pesquisa, eles examinaram muito de perto um par de restos de supernovas emitindo raios gama - conhecidos como IC 443 e W44. Por que a discrepância? Nesse caso, os raios gama compartilham energias semelhantes com os prótons e elétrons dos raios cósmicos. Para diferenciá-los, os pesquisadores descobriram o pion neutro, o produto dos prótons dos raios cósmicos que afetam os prótons normais. Quando isso acontece, o pion decai rapidamente em um conjunto de raios gama, deixando um declínio característico - que fornece provas na forma de prótons. Criados em um processo conhecido como aceleração de Fermi, os prótons permanecem em cativeiro na frente de choque que se move rapidamente da supernova e não são afetados pelos campos magnéticos. Graças a essa propriedade, os astrônomos conseguiram localizá-los de volta diretamente à sua fonte.
"A descoberta é a arma fumegante de que esses dois remanescentes de supernova estão produzindo prótons acelerados", disse o pesquisador principal Stefan Funk, astrofísico do Instituto Kavli de Astrofísica e Cosmologia de Partículas da Universidade de Stanford, na Califórnia. "Agora, podemos trabalhar para entender melhor como eles gerenciam esse feito e determinar se o processo é comum a todos os remanescentes onde vemos emissão de raios gama".
Eles são pequenos velocistas? Pode apostar. Toda vez que a partícula passa pela frente de choque, ela ganha cerca de 1% a mais de velocidade - eventualmente o suficiente para se libertar como raio cósmico. "Os astronautas documentaram que eles realmente vêem flashes de luz associados aos raios cósmicos", observou Funk. "É uma das razões pelas quais admiro a coragem deles - o ambiente lá fora é realmente bastante difícil". O próximo passo nesta pesquisa, acrescentou Funk, é entender os detalhes exatos do mecanismo de aceleração e também as energias máximas às quais os remanescentes de supernovas podem acelerar os prótons.
No entanto, os estudos não param por aí. Mais novas evidências de remanescentes de supernovas agindo como aceleradores de partículas surgiram durante uma cuidadosa análise observacional pelo astrônomo sérvio Sladjana Nikolic (Instituto Max Planck de Astronomia). Eles deram uma olhada na composição da luz. Nikolic explica: “Esta é a primeira vez que conseguimos dar uma olhada detalhada na microfísica dentro e ao redor da região de choque. Encontramos evidências de uma região precursora diretamente em frente ao choque, que é considerado um pré-requisito para a produção de raios cósmicos. Além disso, a região precursora está sendo aquecida exatamente como seria de esperar se houvesse prótons transportando energia da região diretamente atrás do choque. ”
Nikolic e seus colegas empregaram o espectrógrafo VIMOS no Very Large Telescope do Observatório Europeu do Sul no Chile para observar e documentar uma seção curta da frente de choque da supernova SN 1006. Essa nova técnica é conhecida como espectroscopia de campo integral - um processo inédito o que permite aos astrônomos examinar minuciosamente a composição da luz do remanescente da supernova. Kevin Heng, da Universidade de Berna, um dos supervisores do trabalho de doutorado de Nikolic, diz: “Estamos particularmente orgulhosos do fato de termos conseguido usar a espectroscopia de campo integral de uma maneira pouco ortodoxa, já que geralmente é usada para o estudo de galáxias com alto desvio para o vermelho. Ao fazer isso, alcançamos um nível de precisão que excede em muito todos os estudos anteriores. ”
Realmente é um momento intrigante para examinarmos de perto os remanescentes de supernovas - especialmente em relação aos raios cósmicos. Como explica Nikolic: “Este foi um projeto piloto. As emissões que observamos do remanescente da supernova são muito, muito fracas, em comparação com os objetos-alvo habituais para este tipo de instrumento. Agora que sabemos o que é possível, é realmente emocionante pensar em projetos de acompanhamento ". Glenn van de Ven, do Instituto Max Planck de Astronomia, outro co-supervisor de Nikolic e especialista em espectroscopia de campo integral, acrescenta: “Esse tipo de nova abordagem observacional pode muito bem ser a chave para resolver o enigma de como os raios cósmicos são produzidos. remanescentes de supernova. ”
O diretor do Instituto Kavli, Roger Blandford, que participou da análise de Fermi, disse: “É apropriado que uma demonstração tão clara mostrando remanescentes de supernovas acelere os raios cósmicos ocorridos quando comemoramos o centésimo aniversário de sua descoberta. Ele traz para casa a rapidez com que nossos recursos para descoberta estão avançando. ”
Fontes originais da história e leituras adicionais: nova abordagem em busca de aceleradores de partículas cósmicas, o Fermi da NASA prova que os remanescentes de supernova produzem raios cósmicos e prova: raios cósmicos provêm de estrelas explosivas.
