Há cerca de um século, os cientistas começaram a perceber que parte da radiação que detectamos na atmosfera da Terra não é de origem local. Isso eventualmente deu origem à descoberta dos raios cósmicos, prótons de alta energia e núcleos atômicos que foram despojados de seus elétrons e acelerados a velocidades relativísticas (perto da velocidade da luz). No entanto, ainda existem vários mistérios em torno desse fenômeno estranho (e potencialmente letal).
Isso inclui questões sobre suas origens e como o principal componente dos raios cósmicos (prótons) são acelerados a essa alta velocidade. Graças a uma nova pesquisa liderada pela Universidade de Nagoya, os cientistas quantificaram pela primeira vez a quantidade de raios cósmicos produzidos em um remanescente de supernova. Esta pesquisa ajudou a resolver um mistério de 100 anos e é um passo importante para determinar precisamente de onde vêm os raios cósmicos.
Enquanto os cientistas teorizam que os raios cósmicos se originam de muitas fontes – nosso Sol, supernovas, explosões de raios gama (GRBs) e Núcleos Galácticos Ativos (também conhecidos como quasares) – sua origem exata é um mistério desde que foram descobertos pela primeira vez em 1912. Da mesma forma, os astrônomos teorizaram que os remanescentes de supernovas (os efeitos posteriores das explosões de supernovas) são responsáveis por acelerá-los até quase a velocidade da luz.
À medida que viajam por nossa galáxia, os raios cósmicos desempenham um papel na evolução química do meio interestelar (ISM). Como tal, entender sua origem é fundamental para entender como as galáxias evoluem. Nos últimos anos, observações aprimoradas levaram alguns cientistas a especular que as remanescentes de supernovas dão origem a raios cósmicos porque os prótons que elas aceleram interagem com os prótons no ISM para criar raios gama de energia muito alta (VHE).
No entanto, os raios gama também são produzidos por elétrons que interagem com fótons no ISM, que podem estar na forma de fótons infravermelhos ou na Radiação Cósmica Microondas de Fundo, chamada CMB. Portanto, determinar qual fonte é maior é fundamental para determinar a origem dos raios cósmicos. Na esperança de esclarecer isso, a equipe de pesquisa – que incluiu membros da Universidade de Nagoya, do Observatório Astronômico Nacional do Japão (NAOJ) e da Universidade de Adelaide, Austrália – observou o remanescente da supernova RX J1713.7–3946 (RX J1713).
A chave para sua pesquisa foi a nova abordagem que desenvolveram para quantificar a fonte de raios gama no espaço interestelar. Observações anteriores mostraram que a intensidade dos raios gama VHE causados pela colisão de prótons com outros prótons no ISM é proporcional à densidade do gás interestelar, que é discernível usando imagens de linha de rádio. Por outro lado, os raios gama causados pela interação de elétrons com fótons no ISM também devem ser proporcionais à intensidade dos raios-X não-térmicos dos elétrons.
Para o seu estudo, a equipa baseou-se em dados obtidos pelo Sistema Estereoscópico de Alta Energia (HESS), um observatório de raios gama VHE localizado na Namíbia (e operado pelo Instituto Max Planck de Física Nuclear). Eles então combinaram isso com dados de raios-X obtidos pelo observatório da Missão de Multi-Espelhos de Raios-X da ESA (XMM-Newton) e dados sobre a distribuição de gás no meio interestelar.
Eles então combinaram todos os três conjuntos de dados e determinaram que os prótons respondem por 67 ± 8% dos raios cósmicos, enquanto os elétrons dos raios cósmicos respondem por 33 ± 8% – aproximadamente uma divisão 70/30. Essas descobertas são inovadoras, pois são a primeira vez que as possíveis origens dos raios cósmicos foram quantificadas. Eles também constituem a evidência mais definitiva até o momento de que as remanescentes de supernovas são a fonte dos raios cósmicos.
Esses resultados também demonstram que os raios gama de prótons são mais comuns em regiões interestelares ricas em gás, enquanto aqueles causados por elétrons são intensificados nas regiões pobres em gás. Isso apoia o que muitos pesquisadores previram, que é que os dois mecanismos trabalham juntos para influenciar a evolução do ISM. Disse o professor emérito Yasuo Fukui, que foi o principal autor do estudo:
“Este novo método não poderia ter sido realizado sem colaborações internacionais. [Ele] será aplicado a mais remanescentes de supernova usando o telescópio de raios gama de próxima geração CTA (Cherenkov Telescope Array), além dos observatórios existentes, o que irá avançar muito no estudo da origem dos raios cósmicos.”
Além de liderar este projeto, Fukui tem trabalhado para quantificar a distribuição de gás interestelar desde 2003 usando o radiotelescópio NANTEN no Observatório Las Campanas no Chile e o Australia Telescope Compact Array . Graças ao professor Gavin Rowell e à Dra. Sabrina Einecke da Universidade de Adelaide (co-autores do estudo) e à equipe do HESS, a resolução espacial e a sensibilidade dos observatórios de raios gama finalmente chegaram ao ponto em que é possível fazer comparações entre os dois.
Enquanto isso, o co-autor Dr. Hidetoshi Sano do NAOJ conduziu a análise dos conjuntos de dados de arquivo do observatório XMM-Newton. Nesse sentido, este estudo também mostra como as colaborações internacionais e o compartilhamento de dados estão possibilitando todos os tipos de pesquisas de ponta. Junto com instrumentos aprimorados, métodos aprimorados e maiores oportunidades de cooperação estão levando a uma era em que avanços astronômicos estão se tornando uma ocorrência regular!
Fonte:
https://www.universetoday.com/152330/astronomers-locate-the-source-of-high-energy-cosmic-rays/
