Na Terra, o Grande Colisor de Hádrons colide átomos e acelera as partículas quase à velocidade da luz, mas no espaço, os raios cósmicos de alta energia são 10 milhões de vezes mais energéticos do que mesmo essas partículas vivas. Agora, uma nova investigação sugere que estes raios cósmicos podem estar a esconder um segredo que contém a chave para resolver um mistério espacial de 60 anos.
um deles raios cósmicos Por exemplo, é chamado Partículas de Amaterasu (em homenagem à Deusa do Sol Japonesa) Bang Terra Em 2021, será 40 milhões de vezes mais energético do que partículas que se chocam entre si Grande Colisor de Hádrons (Grande Colisor de Hádrons). Acredita-se que o Amaterasu seja o segundo raio cósmico mais poderoso já detectado – depois do AmaterasuOh meu Deus partículasDetectado já em 1991. No entanto, a origem destas partículas e a fonte que as acelera a tão altas energias permanece envolta em mistério.
“A origem e os mecanismos de aceleração dos raios cósmicos de energia ultra-alta têm sido um dos maiores mistérios do campo há mais de 60 anos, desde que os primeiros exemplos foram relatados”, disse o líder da equipe, Kohta Murase, do Eberly College of Science da Penn State. disse em um comunicado. “Os raios cósmicos de energia ultra-alta só podem ser acelerados por algumas das fontes mais poderosas do universo. Quando detectamos partículas individuais de raios cósmicos, como as partículas de Amaterasu na Terra, muitas vezes podemos usar a sua energia, direcção de chegada e deflexão magnética esperada para inferir a sua provável fonte cósmica.”
Acredita-se que muitas fontes sejam a origem de raios cósmicos de alta energia, incluindo a formação do colapso de estrelas massivas estrela de nêutrons ou um buraco negro Ou a colisão das próprias duas estrelas de nêutrons. Para contextualizar, o material de que são feitas as estrelas de nêutrons é tão denso que, se uma colher de chá fosse trazida para a Terra, pesaria cerca de 10 milhões de toneladas, o que equivale ao peso de 85.000 baleias azuis adultas (tente colocá-las em uma colher de chá).
Portanto, comprimir um objeto de massa solar até uma largura de cerca de 20 quilômetros já é bastante drástico – pense no encontro de dois objetos comprimidos.
“Acredita-se que esses raios cósmicos de maior energia venham de fontes astrofísicas extremas, como a colisão de duas estrelas de nêutrons ou o colapso de uma estrela massiva”, disse Murase. “Para muitos eventos de raios cósmicos, a sua distribuição de energia, padrões de direção de chegada e composição inferida estatisticamente fornecem pistas importantes sobre a origem destas partículas e como são aceleradas.”
Se Murase e outros investigadores estiverem certos de que os raios cósmicos podem ser os núcleos de elementos mais pesados que o ferro, então esta história de colisões de estrelas de neutrões pode finalmente ter alguma base real.
Para compreender estas partículas de alta energia e as suas origens, Murase e colegas realizaram simulações que rastrearam como os raios cósmicos de diferentes massas perdem energia à medida que viajam através de vastas distâncias cósmicas para chegar à Terra. Isto mostra que os núcleos mais pesados que o ferro perdem energia muito mais lentamente do que as partículas mais leves.
“Nosso estudo mostra que em energias comparáveis às partículas de Amaterasu, os núcleos superpesados perdem energia mais lentamente do que os prótons ou núcleos de massa intermediária, permitindo-lhes sobreviver melhor a distâncias cósmicas e chegar à Terra em energias extremas”, disse Murase. “Não estamos a dizer que todos os raios cósmicos de energia ultra-elevada são núcleos superpesados. Mas se alguns dos eventos de energia mais elevada forem núcleos superpesados, isso afectaria a forma como procuramos as suas fontes.”
A equipe também conseguiu limitar o número de raios cósmicos nucleares pesados no número total de raios cósmicos de alta energia.
“Os locais mais promissores para a produção e aceleração de tais núcleos superpesados são mortes estelares massivas envolvendo colapso explosivo em buracos negros ou estrelas de nêutrons fortemente magnetizadas, e fusões de estrelas de nêutrons binárias conhecidas por serem poderosas emissoras de ondas gravitacionais”, disse Murase. “Esses violentos fenômenos cósmicos também podem alimentar explosões de raios gama, que estão entre as explosões mais energéticas do universo.
“As contribuições destas fontes também podem ajudar a explicar possíveis diferenças entre os céus do norte e do sul nos espectros de raios cósmicos de ultra-alta energia. Se os núcleos superpesados contribuem significativamente nas energias mais altas, então os dados futuros deverão indicar que a sua composição é mais pesada que o ferro.”
Os resultados foram publicados na revista na quinta-feira (7 de maio). Cartas de revisão física.
