Os astrônomos há muito se perguntam onde os raios cósmicos de alta energia se originam em nossa galáxia? Novas observações com a ajuda do observatório Experimento Cherenkov de água de alta altitude (HAWC) descobriu um candidato quase impossível: caso contrário, uma nuvem molecular gigante é um fenômeno comum.
Os raios cósmicos não são raios, mas pequenas partículas que viajam pelo universo quase à velocidade da luz. Eles podem consistir de elétrons, prótons ou mesmo íons de elementos mais pesados. Eles são criados em todos os tipos de processos de alta energia em todo o cosmos, desde explosões de supernovas até fusões estelares e até mesmo quando um buraco negro suga gás. Os raios cósmicos vêm em uma ampla variedade de energias e, de um modo geral, os raios cósmicos de alta energia são menos comuns do que seus primos de baixa energia. Essa proporção muda muito ligeiramente em uma certa energia - 10 ^ 15 elétron-volts - que é chamada de "joelho". O elétron-volt, ou eV, é simplesmente a maneira como os físicos de partículas gostam de medir os níveis de energia. Para comparação, o colisor de partículas mais poderoso da Terra, o Grande Colisor de Hádrons, pode atingir 13 × 10 ^ 12 eV, que geralmente é denotado como 13 teraeletron volts ou 13 TeV.
Raios cósmicos com energia acima de 10-15 eV são muito mais raros do que se poderia esperar. Isso levou os astrônomos a acreditar que quaisquer raios cósmicos neste nível de energia e acima vêm de fora da galáxia, enquanto os processos na Via Láctea são capazes de produzir raios cósmicos de até 10-15 eV inclusive. O que quer que esteja criando esses raios cósmicos estará na faixa "peta" e, portanto, mais de 1000 vezes mais poderoso do que nossos melhores aceleradores de partículas - os "pevatrons" naturais que vagam pela galáxia.
A missão é simples: encontrar a fonte de raios cósmicos em escala PEV na Via Láctea. Mas, apesar de sua energia, é difícil determinar sua origem. Isso porque os raios cósmicos são compostos de partículas carregadas, e as partículas carregadas que viajam no espaço interestelar reagem ao campo magnético da nossa galáxia. Então, quando você vê um raio cósmico de alta energia vindo de uma certa direção no céu, você realmente não tem ideia de onde ele realmente veio - seu caminho foi torcido e contorcido em sua jornada para a Terra. Mas, em vez de procurar os raios cósmicos diretamente, podemos procurar seus parentes.
Quando os raios cósmicos atingem acidentalmente uma nuvem de gás interestelar, eles podem emitir raios gama, uma forma de radiação de alta energia. Esses raios gama atravessam a galáxia em linha reta, permitindo determinar diretamente sua origem. Portanto, se virmos uma forte fonte de raios gama, podemos procurar fontes próximas de raios cósmicos PEV.
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Este método foi usado por um grupo de pesquisadores que usam o HAWC, localizado no vulcão Sierra Negra, no centro-sul do México. O HAWC "olha" para o céu ao lado de tanques cheios de água ultrapura. Quando partículas de alta energia ou radiação atingem os reservatórios, elas emitem um flash de luz azul, permitindo que os astrônomos rastreiem a fonte no céu.
Em detalhes em um artigo publicado recentemente na revista arXiv, os astrônomos identificaram uma fonte de raios gama superior a 200 TeV que só pode ser produzida por raios cósmicos ainda mais poderosos – o tipo de raios cósmicos que atingem a escala PEV. A fonte, chamada HAWC J1825-134, está localizada aproximadamente no centro da Galáxia. HAWC J1825-134 aparece para nós como uma mancha brilhante de raios gama iluminada por alguma fonte desconhecida de raios cósmicos – possivelmente a mais poderosa fonte de raios cósmicos conhecida na Via Láctea.
Vários suspeitos comuns de fontes de raios cósmicos de alta energia estão dentro de alguns milhares de anos-luz de HAWC J1825-134, mas nenhum deles pode facilmente explicar o sinal. Por exemplo, o próprio centro galáctico é um gerador conhecido de intensos raios cósmicos, mas está muito longe de HAWC J1825-134 para ser relevante para essas medições. Existem alguns remanescentes de supernovas, e as supernovas são, sem dúvida, muito poderosas. Mas todas as supernovas na região de HAWC J1825-134 explodiram há muito tempo – muito tempo atrás para produzir esses raios cósmicos de alta energia agora.
Os pulsares - os remanescentes densos e em rápida rotação dos núcleos de estrelas massivas - também produzem grandes quantidades de raios cósmicos. Mas eles também estão muito longe da fonte da radiação gama - a energia dos elétrons e prótons vinda do pulsar - eles simplesmente não são altos o suficiente para viajar milhares de anos-luz até onde a radiação gama é emitida.
Surpreendentemente, a fonte desses raios cósmicos recordes acabou sendo nada menos que uma gigantesca nuvem molecular. Essas nuvens são criaturas gigantes e desajeitadas cheias de poeira e gás que vagam pela galáxia. Às vezes, eles se contraem e se tornam estrelas, mas, caso contrário, podem permanecer inativos e soltos por bilhões de anos.
Dentro do complexo de nuvens há um aglomerado de estrelas recém-nascidas, mas mesmo as estrelas jovens mais extravagantes e barulhentas não são consideradas poderosas o suficiente para lançar tais raios cósmicos. Os próprios pesquisadores admitem não saber como essa nuvem faz isso, mas de alguma forma, quando ninguém estava prestando atenção, ela gerou algumas das partículas mais poderosas de toda a galáxia.
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