Numa experiência inédita, os cientistas recriaram uma “bola de fogo cósmica” num acelerador de partículas na Terra. O experimento foi projetado para estudar a estabilidade de jatos de gás ou plasma de alta temperatura expelidos em direção à Terra, alimentando motores galácticos movidos por buracos negros supermassivos chamados blazares. Isto, por sua vez, poderia resolver o mistério dos campos magnéticos ocultos e da falta de raios gama de alta energia.
Cientistas da Universidade de Oxford e do Centro de Laser Central (CLF) do Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia (STFC) se uniram para gerar pares elétron-pósitron usando o Super Proton Synchrotron nas instalações HiRadMat (High Radiation Materials) do CERN. Então eles explodiram isso matéria antimatéria Emparelhado através de 1 m (3,3 pés) de plasma para reproduzir as condições que alimentam o jato buraco negro supermassivo chamado blazar. Isso lhes permite simular alguns dos fenômenos físicos mais extremos do universo.
O que exatamente é o fogo?
Os blazares são um subconjunto de núcleos galácticos ativos (AGN), que são as regiões centrais das galáxias que devoram avidamente buracos negros supermassivos com milhões ou até bilhões de vezes a massa do Sol. Cercados por nuvens planas e rotativas de gás e poeira chamadas discos de acreção, esses titãs cósmicos brilham intensamente devido ao atrito causado pela enorme influência gravitacional do buraco negro central.
Esses discos de acreção depositam gradualmente material na boca do buraco negro, mas nem todo o material que cerca o buraco negro é consumido. Fortes campos magnéticos guiam parte do material em direção aos pólos do buraco negro, onde é acelerado quase à velocidade da luz e ejetado na forma de jatos de plasma duplamente colimados. Blazar é o nome do AFN, que aponta um desses jatos de plasma diretamente para a Terra. Esses jatos produzem intensa radiação de raios gama que pode ser detectada na Terra através de telescópios terrestres. Mas algo está faltando.
À medida que estes raios gama viajam através do espaço intergaláctico, eles espalham fotões na luz de fundo das estrelas, criando matéria na forma de electrões e antimatéria na forma de pósitrons. Esses pares matéria-antimatéria deve A dispersão dos campos de radiação cósmica fóssil, que são onipresentes e conhecidos comofundo cósmico de microondas”ou “CMB”, um remanescente de eventos que ocorreram logo após o Big Bang.
Esta dispersão produz raios gama de baixa energia que podem ser capturados por telescópios de raios gama baseados no espaço, como a espaçonave Fermi. No entanto, até agora, estes instrumentos não foram capazes de detectar raios gama de baixa energia.
ajuda! Nossos raios gama estão faltando!
Existem várias teorias sobre por que os raios gama de baixa energia podem estar “ausentes”. Uma ideia é que os pares electrão-pósitron são desviados por campos magnéticos interestelares fracos, reflectindo raios gama de baixa energia para fora da nossa vista. Outra sugestão é que estes pares matéria-antimatéria se tornam instáveis à medida que viajam através da matéria extremamente escassa espalhada entre as galáxias. Isto pode causar pequenas flutuações no fluxo de corrente destes jatos, criando campos magnéticos que podem levar a maior instabilidade. O resultado final será a dissipação da energia do feixe. Outra possibilidade é que existam campos magnéticos relíquias entre galáxias que sobraram do universo primitivo, que interferem nos raios gama de baixa energia.
Ao testar os dois primeiros conceitos, a equipe de cientistas apresentou alguns resultados muito reveladores e surpreendentes. A equipe esperava que o feixe se espalhasse e fosse destruído. No entanto, o que eles realmente observaram foi que o feixe manteve a sua forma estreita com pouca interferência, e não houve interferência para criar um campo magnético. Isto significa que as instabilidades no feixe de plasma são demasiado fracas para explicar a ausência de raios gama de baixa energia. Isto poderia apoiar a ideia de campos magnéticos relíquias no meio intergaláctico, o material que flutua entre as galáxias.
As descobertas levantam mais questões. Em particular, como o universo primitivo era extremamente uniforme, não sabemos como tais relíquias foram semeadas no universo primordial. Responder a este enigma pode exigir olhar para a física além do Modelo Padrão, possivelmente usando instalações futuras, como o Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO).
O membro da equipa Subir Sarkar, investigador da Universidade de Oxford, disse: “É muito divertido estar envolvido numa experiência tão inovadora, que acrescenta uma nova dimensão à investigação de ponta que está a ser feita no CERN – esperamos que os nossos resultados surpreendentes despertem o interesse na comunidade de astrofísica de plasma sobre as possibilidades de explorar questões cósmicas fundamentais num laboratório terrestre de física de alta energia.”
Os resultados da pesquisa da equipe foram publicados na revista PNAS na segunda-feira (3 de novembro).
