Descoberto o colisor de partículas mais poderoso do universo
As supernovas, remanescentes das explosões estelares mais intensas do universo, podem se tornar os colidores de partículas mais poderosos já conhecidos — mas apenas se perderem uma quantidade significativa de gás antes de explodir, conforme sugere uma nova pesquisa.
Por quase um século, astrônomos têm detectado partículas de alta energia vindas das profundezas do universo. Conhecidas como raios cósmicos, estas partículas são compostas principalmente de prótons e, ocasionalmente, núcleos de elementos mais pesados. A maioria dos raios cósmicos são desviados pelo campo magnético da Terra ou absorvidos na atmosfera superior, mas alguns conseguem chegar até a superfície. Estima-se que a cada segundo um raio cósmico atinge o corpo de uma pessoa
Raios cósmicos: mensageiros do espaço profundo
Os raios cósmicos abrangem uma ampla gama de energias, com os mais poderosos atingindo um petaelétron-volt (PeV), o equivalente a um quadrilhão de elétron-volts. Isso é até mil vezes mais potente do que as energias de colisão do Grande Colisor de Hádrons, o mais poderoso acelerador de partículas do mundo.
A hipótese de que as mortes explosivas de estrelas massivas sejam responsáveis por esses raios cósmicos extremamente poderosos tem sido considerada há muito tempo. Afinal, as supernovas possuem todos os elementos necessários: uma detonação com energia abundante, um mar de partículas elementares e campos magnéticos que podem agitar essas partículas freneticamente antes de lançá-las ao cosmos.
No entanto observações de remanescentes de supernovas próximas, como Tycho e Cassiopeia A não corresponderam às expectativas. Os raios cósmicos provenientes desses locais são muito mais fracos do que o previsto.
Os PeVatrons e a teoria resgatada
Em um artigo aceito para publicação na Natue, pesquisadores reviveram a hipótese das supernovas, descobrindo que, em casos especiais, remanescentes de supernovas podem de fato se tornar “PeVatrons” — explosões capazes de gerar raios cósmicos com energias de PeV.
A equipe descobriu que, antes de se tornar supernova, uma estrela deve perder uma quantidade significativa de massa — pelo menos o equivalente a duas vezes a massa do Sol. Isso é comum, pois ventos estelares poderosos podem expulsar as camadas externas da atmosfera de uma estrela antes da explosão principal. Mas, crucialmente, esse material não pode se dispersar muito; ele precisa permanecer denso, compacto e próximo a estrela.
Quando a supernova finalmente ocorre, a onda de choque da estrela em explosão colide com essa camada de material. E então o caos é instaurado.
A dança das partículas e a arte de esperar
À medida que a onda de choque atravessa a camada circundante, os campos magnéticos aumentam para energias incrivelmente poderosas. Esses campos magnéticos aceleram qualquer partícula subatômica aleatória — os escombros na camada — fazendo-as ricochetear para frente e para trás dentro da onda de choque. A cada salto, a partícula ganha mais energia. Finalmente, ela adquire energia suficiente para escapar do caos por completo e se lançar no universo.
No entanto, em poucos meses, o sistema perde força à medida que a onda de choque desacelera. Ele ainda produz abundantes raios cósmicos, mas não acima do limiar de PeV.
Este cenário explica por que não observamos diretamente nenhum PeVatron ativo. Embora uma supernova ocorra na Via Láctea a cada poucos anos, nenhuma foi próxima o suficiente em tempos modernos para observarmos a breve janela em que podem acelerar raios cósmicos a essas energias extremas. Portanto teremos que ser pacientes.
