Um novo trabalho realizado por astrofísicos da Universidade Estadual de Michigan pode ajudar a resolver uma questão científica que nos intriga há mais de um século: de onde vêm os raios cósmicos galácticos?
Sabe-se que os raios cósmicos – partículas de alta energia que viajam quase à velocidade da luz – se originam na Via Láctea e em regiões mais distantes do universo. No entanto, as suas origens exatas permanecem obscuras desde a sua descoberta em 1912. Shuo Zhang, professora assistente de física e astronomia na Michigan State University, e a sua equipa de investigação conduziram dois estudos que fornecem novas pistas sobre onde estas partículas podem ter-se formado. Os resultados foram recentemente partilhados na 246ª Reunião da Sociedade Astronómica Americana em Anchorage, Alasca.
Estas partículas em movimento rápido podem ser produzidas em ambientes extremos, como buracos negros, regiões de formação estelar ou restos de estrelas em explosão. Tais eventos podem produzir neutrinos – partículas minúsculas, quase sem massa, que viajam pelo espaço e pela Terra.
“Os raios cósmicos são muito mais relevantes para a vida na Terra do que se pensa”, disse Zhang. “Cerca de 100 trilhões de neutrinos cósmicos passam pelo seu corpo a cada segundo, vindos de fontes distantes, como buracos negros. Você não quer saber de onde eles vêm?”
Explore o acelerador de partículas mais extremo da natureza
As fontes que produzem raios cósmicos são poderosas o suficiente para impulsionar prótons ou elétrons a energias muito além daquelas que os mais avançados aceleradores de partículas feitos pelo homem podem alcançar. A equipa de Zhang trabalha para compreender estes aceleradores naturais, chamados PeVatrons, para determinar o que são, onde estão localizados e como impulsionam as partículas para energias tão extraordinárias. Obter informações sobre estes processos também pode ajudar os cientistas a abordar questões mais amplas sobre a formação de galáxias e a natureza da matéria escura.
Novos insights de estudos de raios X de candidatos ao PeVatron
Em sua última publicação, Zhang e seus alunos investigaram os candidatos ao PeVatron, cujas origens ainda não foram determinadas. No primeiro estudo, o pesquisador de pós-doutorado Stephen DiKerby examinou uma fonte de energia surpreendentemente alta descoberta pelo Large High-Altitude Air Shower Observatory (LHAASO). Embora o LHAASO tenha detectado a fonte, a sua verdadeira natureza permanece desconhecida. Dickby usou observações de raios X com o telescópio espacial XMM-Newton para descobrir uma nebulosa de vento pulsar – uma região em expansão cheia de elétrons e partículas de alta energia que recebem energia do pulsar. Esta descoberta confirmou que o candidato é uma fonte de raios cósmicos do tipo nebulosa de vento pulsar. Apenas alguns PeVatrons são classificados desta forma.
Observações lideradas por estudantes de outras fontes LHAASO
O segundo estudo foi conduzido pelos estudantes de graduação da MSU Ella Were, Amiri Walker e Shaan Karim. Eles usaram o telescópio de raios X Swift da NASA para examinar sinais de raios X de várias das fontes de raios cósmicos LHAASO menos estudadas. Seus resultados podem ajudar a orientar estudos futuros de objetos semelhantes, calculando os limites superiores de emissão de raios-X.
“Ao identificar e classificar fontes de raios cósmicos, espera-se que nossos esforços forneçam um catálogo abrangente e classificado de fontes de raios cósmicos”, disse Zhang. “Isso pode servir como um legado para futuros observatórios de neutrinos e telescópios convencionais conduzirem estudos mais profundos dos mecanismos de aceleração de partículas.”
Combinando observações de neutrinos, raios X e raios gama
A seguir, a equipe de Zhang examinará as fontes de raios cósmicos, combinando dados do Observatório de Neutrinos IceCube com resultados de telescópios de raios X e raios gama. O seu objetivo é compreender por que algumas fontes de raios cósmicos emitem neutrinos e outras não, e identificar onde e como esses neutrinos são produzidos.
“Este trabalho requer colaboração entre físicos de partículas e astrônomos”, disse Zhang. “Este é um projeto ideal para o grupo de Física de Altas Energias da MSU.”
Esta pesquisa foi apoiada por vários subsídios de observação da NASA e um subsídio de análise IceCube da National Science Foundation.
