Descoberto um Pevatron, o maior acelerador natural de partículas conhecido

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/03/2024

Os raios cósmicos formam um chuveiro de partículas ao atingir a Terra. Nesta ilustração, o chuveiro chega ao observatório LHAASO.
[Imagem: LHAASO Collaboration/Divulgação]

PeVatron

O observatório LHAASO (Large High Altitude Air Shower Observatory) descobriu uma estrutura gigante de bolhas de raios gama de ultra-alta energia em uma região de formação estelar na constelação do Cisne.

É o primeiro registro da origem de raios cósmicos com energia superior a 10 peta-elétron-volts (10¹⁵ elétron-volts).

Os raios cósmicos são partículas carregadas do espaço sideral, compostas principalmente de núcleos de hidrogênio e hélio. Sua origem é uma das questões mais importantes da astrofísica moderna.

As medições de raios cósmicos feitas nas últimas décadas revelaram um hiato em torno de 1 PeV no espectro de energia (ou seja, a distribuição da abundância de raios cósmicos em função da energia das partículas). Essa quebra é chamada de "joelho" do espectro de energia dos raios cósmicos, devido ao seu formato semelhante a uma articulação do joelho quando os dados são plotados em um gráfico.

Os cientistas acreditam que os raios cósmicos com energia inferior ao joelho se originam de objetos astrofísicos dentro da Via Láctea, e a existência do joelho também indica que o limite de energia para acelerar prótons da maioria das fontes de raios cósmicos na Via Láctea está em torno de alguns PeVs. No entanto, a origem dos raios cósmicos na região do joelho ainda é um mistério não resolvido e um dos tópicos mais intrigantes na área.

O observatório LHAASO detectou agora uma estrutura gigante, uma bolha emitindo raios gama de ultra-alta energia na região de formação estelar Cygnus, com múltiplos fótons excedendo 1 PeV dentro da estrutura, com a energia mais alta atingindo 2,5 PeV, indicando a presença de um super acelerador de raios cósmicos dentro da bolha. Pelos cálculos da equipe, esse acelerador cósmico natural acelera continuamente partículas de raios cósmicos a energias de até 20 PeVs e as arremessa rumo ao espaço interestelar, motivo pelo qual os cientistas estão chamando o acelerador de "Pevatron".

O superacelerador cósmico está na constelação do Cisne.
[Imagem: LHAASO Colab. - 10.1016/j.scib.2023.12.040]

Raios cósmicos de alta energia

Os raios cósmicos de alta energia colidem com o gás interestelar, produzindo raios gama. A intensidade desses fótons de raios gama está claramente correlacionada com a distribuição do gás circundante, e o aglomerado estelar massivo (a associação OB, Cygnus OB2) perto do centro da bolha, é o candidato mais promissor para o super acelerador de raios cósmicos - Cygnus OB2 é composta por muitas estrelas jovens, quentes e massivas, com temperaturas de superfície superiores a cerca de 35.000 °C (estrelas do tipo O) e 15.000 °C (estrelas do tipo B).

A luminosidade dessas estrelas é de centenas a milhões de vezes a do Sol, e a enorme pressão da radiação sopra para longe o material da sua superfície, formando ventos estelares dinâmicos com velocidades de até milhares de quilômetros por segundo. A colisão dos ventos estelares com o meio interestelar circundante e a violenta colisão entre os ventos estelares criaram locais ideais para uma aceleração eficiente das partículas.

Este é o primeiro superacelerador de raios cósmicos descoberto Com o aumento do tempo de observação, espera-se que o LHAASO detecte mais superaceleradores de raios cósmicos e, eventualmente, resolva o mistério da origem dos raios cósmicos na Via Láctea.

Visão geral do observatório LHAASO.
[Imagem: LHAASO Collaboration/Divulgação]

LHAASO

O observatório LHAASO é uma infraestrutura científica e tecnológica focada na pesquisa de raios cósmicos, localizada a uma altitude de 4.410 metros no Monte Haizi, província de Sichuan, na China.

É um conjunto composto por uma matriz terrestre de um quilômetro quadrado, com 5.216 detectores de partículas eletromagnéticas e 1.188 detectores de múons, um conjunto de detectores Cherenkov de água de 78.000 metros quadrados e 18 telescópios Cherenkov de grande angular. É o detector de raios gama de ultra-alta energia mais sensível do mundo.

A instalação adota um modelo universal de cooperação internacional, com o compartilhamento aberto de plataformas de instalações e dados observacionais. Atualmente, 32 instituições de pesquisa astrofísica de todo o mundo fazem parte da colaboração internacional do LHAASO, com aproximadamente 280 membros. O observatório foi concluído em julho de 2021, e vem coletando dados desde então.

Mais tópicos