O universo está repleto de diferentes tipos de radiação e partículas que podem ser observadas na Terra. Isto inclui fótons em todo o espectro eletromagnético, desde as frequências de rádio mais baixas até os raios gama de maior energia. Também inclui outras partículas, como neutrinos e raios cósmicos, que viajam pelo universo quase à velocidade da luz.
Curiosamente, os “raios cósmicos” não são realmente raios – há uma razão histórica para o nome – mas pequenas partículas, principalmente núcleos atômicos, que são acelerados a enormes energias em algum lugar do universo. Embora a sua origem não seja totalmente compreendida, estão provavelmente relacionadas com alguns dos ambientes mais extremos do Universo, como buracos negros, supernovas ou estrelas de neutrões em rotação (um tipo de estrela morta).
Mas às vezes os raios cósmicos são muito mais energéticos do que o normal. Sabemos disso desde 1962, mas ainda não sabemos por quê.
Também não sabemos de onde vem essa radiação cósmica de energia ultra-alta.
Agora, uma pesquisa da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia (NTNU) pode ter encontrado a resposta para esta grande questão sem resposta na física.
Buracos negros supermassivos podem ser a causa
Foteini Oikonomou, professor associado do Departamento de Física da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia, está estudando o caso. Num artigo recente, ela e os seus colegas propuseram uma explicação nova e plausível para esta radiação de energia ultra-alta.
O autor principal é Domenik Ehlert, pesquisador de doutorado no mesmo departamento. A equipe também incluiu Enrico Peretti, pós-doutorado na Université de la Cité em Paris. Seu trabalho se concentra na física das astropartículas, estudando a relação entre as menores partículas do universo e seus maiores fenômenos.
“Suspeitamos que esta radiação de alta energia seja produzida pelo vento do buraco negro supermassivo”, disse Oconomo.
Mas o que isso significa?
Buracos negros ativos geram vento
A Via Láctea é nossa vizinha cósmica. O nosso Sol e o nosso sistema solar fazem parte desta galáxia, juntamente com pelo menos 100 mil milhões de outras estrelas.
“Existe um buraco negro chamado Sagitário-A* no centro da Via Láctea. Este buraco negro está atualmente numa fase silenciosa e não está a devorar nenhuma estrela porque não há material suficiente nas proximidades,” disse Peretti.
Isto contrasta fortemente com a crescente população de buracos negros supermassivos ativos, que consomem várias vezes a massa do Sol todos os anos.
“Uma pequena fração da matéria é empurrada pela força do buraco negro antes de ser sugada”, disse Peretti. “Portanto, cerca de metade de todos os buracos negros supermassivos geram ventos que viajam pelo Universo a até metade da velocidade da luz.”
Sabemos sobre esses ventos fortes há cerca de dez anos. Os ventos desses buracos negros afetam as galáxias. Por exemplo, ao soprar gás, podem impedir a formação de novas estrelas. Isto é suficientemente dramático por si só, mas Oikonomou e os seus colegas também analisaram outros factores, muito menores, pelos quais estes ventos podem ser responsáveis. “
Esses ventos poderosos têm o potencial de acelerar partículas que produzem radiação de energia ultra-alta”, disse Ellert.
Para entender isso, também precisamos explicar algo sobre os átomos.
Átomos e enorme energia
Os átomos são constituídos por núcleos, que são compostos de prótons e nêutrons. Estas partículas são feitas de quarks, mas não precisamos discutir isso agora.
Um ou mais elétrons podem ser encontrados ao redor deste núcleo no que é chamado de nuvem eletrônica.
“A radiação de energia ultra-alta consiste em prótons ou núcleos atômicos com energias de até 1.020 elétron-volts”, explica Oikonomou.
Se este número não significa nada para você, saiba que neste caso é uma quantidade absolutamente enorme de energia.
“Uma partícula como esta, menor que um átomo, contém tanta energia quanto uma bola de tênis quando Serena Williams saca a bola a 200 quilômetros por hora”, disse Oyekonomu.
Corresponde a cerca de um bilhão de vezes a energia das partículas produzidas pelos pesquisadores do Grande Colisor de Hádrons na Suíça e na França.
Felizmente, esses raios cósmicos são destruídos pela atmosfera terrestre. Quando atingem o solo, são tão inofensivas quanto todas as outras radiações cósmicas que atingem a superfície da Terra.
“Mas para os astronautas, a radiação cósmica é um problema muito sério”, disse Oconomo.
As tripulações das companhias aéreas não precisam se preocupar com isso porque não voam alto o suficiente.
“A principal preocupação dos astronautas é a radiação cósmica de baixa energia produzida pelo Sol, porque é mais comum. Os raios que estudamos têm frequências muito baixas, por isso é altamente improvável que passem pelos astronautas”, disse ela.
outros suspeitos
Anteriormente, os investigadores estudaram se estas partículas de alta energia provêm de explosões de raios gama, de galáxias que produzem novas estrelas a velocidades extremamente elevadas, ou de fluxos de plasma de buracos negros supermassivos.
No entanto, Oikonomou e seus colegas tinham outra hipótese.
“Todas as outras hipóteses são suposições muito boas – são todas fontes que contêm muita energia. Mas ninguém forneceu provas de que alguma delas seja a fonte. É por isso que decidimos investigar os ventos de buracos negros supermassivos,” disse Ellert.
Culpado? talvez
Então, o que realmente sabemos? É o vento que produz partículas de alta energia na radiação cósmica?
“Nossa resposta é um ‘talvez’ mais cauteloso”, disse Oyekonomu.
Isso não parece particularmente dramático. No entanto, quando os pesquisadores fazem perguntas como essa, muitas vezes ficam entusiasmados e pensam “Sim, pode ser isso!” Mas isso não significa que seja esse o caso.
“Descobrimos que as condições associadas a estes ventos são particularmente consistentes com a aceleração das partículas. Mas ainda não conseguimos provar que são estes ventos que aceleram as partículas por trás da radiação cósmica de alta energia”, disse Oyekonomu.
Porém, o modelo utilizado pelos pesquisadores poderia explicar um aspecto específico dessas partículas que ainda não entendemos. Dentro de uma certa faixa de energia, as partículas têm composições químicas que não podem ser explicadas de forma significativa por outros modelos.
“Também podemos usar experimentos com neutrinos para testar o modelo”, disse Oconomo.
No entanto, este é o conteúdo de um artigo totalmente diferente.
“Nos próximos anos, esperamos colaborar com astrónomos de neutrinos para testar as nossas hipóteses”, disse Oconomo. Talvez eles encontrem mais evidências de alguma forma.
