Elétrons de raios cósmicos atingindo a Terra são os mais poderosos já vistos: WebCuriosos
Os mais poderosos elétrons e pósitrons de raios cósmicos já detectados atingindo a atmosfera da Terra carregam energias tão altas que só podem ter vindo de relativamente perto, revelou uma nova pesquisa.
Estamos bastante seguros e protegidos aqui na superfície da Terra, protegidos por uma bolha atmosférica, mas o nosso planeta está sob constante bombardeamento de raios cósmicos.
Não sabemos muito sobre essas partículas poderosas que viajam pelo espaço. Mas um observatório no deserto da Namíbia está a aproximar-nos um pouco mais da compreensão das suas origens.
O Observatório HESS detectou elétrons e pósitrons com energias de até 40 teraelétron-volts. Coletivamente, eles são conhecidos como elétrons de raios cósmicos, ou CRe.
Estes são extremamente raros, mas a sua energia sugere que todos emanaram do mesmo canto da Via Láctea que o Sistema Solar – e possivelmente até da mesma fonte.
Vai demorar um pouco até sabermos de onde eles vieram, se é que algum dia saberemos, mas a escassez de candidatos dentro do volume de espaço especificado pode restringi-lo um pouco.
“Este é um resultado importante”, explica a astrofísica Kathrin Egberts da Universidade de Potsdam, na Alemanha, “pois podemos concluir que o CRe medido provavelmente se origina de muito poucas fontes nas proximidades do nosso próprio Sistema Solar, até um máximo de alguns 1.000 anos-luz de distância, uma distância muito pequena em comparação com o tamanho da nossa galáxia.”
Os CRe representam uma proporção muito pequena de todas as partículas de raios cósmicos e pensa-se que emergem de objetos extremos no espaço – coisas como restos de supernovas, a vizinhança imediata de buracos negros e estrelas ultradensas, como pulsares. Os cientistas pensam que estes objetos aceleram as partículas de raios cósmicos a altas energias e enviam-nas através do Universo.
Quando atingem a atmosfera da Terra, viajam, por um breve período, um pouco mais rápido que a velocidade da luz no volume atmosférico. Isso cria um fenômeno chamado Radiação Cherenkov – o equivalente luminal de um estrondo sônico. Esta radiação é muito fraca; e é esta tênue radiação Cherenkov que o HESS foi projetado para detectar.
Não é apenas o CRe que causa esse fenômeno na atmosfera. Os raios gama criam um efeito semelhante. Isto torna a identificação de CRe um tanto desafiadora.
“CRe são elétrons, portanto partículas carregadas formando matéria, enquanto os raios gama são fótons, ou seja, luz”, disse ao WebCuriosos o astrônomo Mathieu de Naurois, do Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica.
“Os raios gama viajam em linha reta no Universo, permitindo-nos identificar as fontes, enquanto os elétrons têm trajetórias caóticas, pois interagem com o campo magnético. Ambos produzem chuvas eletromagnéticas ou partículas quando entram na atmosfera, e são muito difíceis de distinguir de uns aos outros.”
Para identificar CRe de alta energia, os pesquisadores tiveram que se debruçar sobre os dados do HESS, identificando candidatos CRe. A lista final de eventos candidatos provavelmente também inclui alguns raios gama; mas o conjunto é grande o suficiente para tirar algumas inferências estatísticas.
As energias variam até 40 teraelétron-volts, mais poderosas do que qualquer CRe que detectamos atingindo a Terra até o momento.
As detecções de CRe com energias superiores a um teraelétron-volt são muito raras. Isso porque, à medida que se movem pelo espaço, perdem energia rapidamente.
“Na radiação síncrotron, as partículas carregadas interagem com o campo galáctico interestelar. Elas adquirem uma trajetória espiral em torno das linhas do campo magnético e irradiam radiação eletromagnética, desde o rádio até os raios X. Ao fazer isso, elas perdem energia, “de Naurois disse.
“No chamado 'Espalhamento Compton Inverso', uma partícula carregada interage com a luz ambiente. Eles interagem com um fóton de baixa energia e fornecem a maior parte de sua energia para ele. O processo é chamado de 'Compton Inverso' porque é o inverso do espalhamento Compton, no qual um fóton de alta energia dispersa um elétron do meio e o eleva a alta energia.”
Como os CRe perdem energia tão rapidamente, os eventos candidatos devem ter viajado do espaço próximo para permanecerem tão poderosos quando chegarem à Terra. Não podemos rastreá-los até uma fonte; as suas trajetórias são demasiado imprevisíveis; mas há algo mais em suas energias que pode ser uma pista. Há um ponto de corte inferior distinto em 1,17 teraelétron-volts.
“O facto de a mudança de inclinação ser acentuada indica que é apenas um punhado de fontes cósmicas, se não apenas uma, que produz estes electrões,” explicou de Naurois.
“Caso contrário, o espectro de energia seria a superposição das contribuições de diferentes fontes com quebras em energias diferentes, resultando em uma curva muito mais suave.”
Dado que o volume de espaço do qual estes CRe poderiam ter surgido é tão pequeno, isso significa que o conjunto de fontes potenciais também é pequeno. Os candidatos incluem um remanescente de supernova chamado Anel Monogema; uma estrela moribunda do tipo Wolf-Rayet chamada c2 dos véus; ou um pulsar como Vela ou Geminga.
Mas também é possível que a fonte seja um remanescente de supernova tão antigo que se dissipou e desapareceu de vista. Simplesmente não temos como saber agora.
No entanto, este trabalho extraordinário aproxima-nos um passo da compreensão de como o Universo é energizado. A equipe planeja investigar mais para ver se consegue identificar uma direção preferencial de onde os CRe chegam.
Será complicado, mas as recompensas potenciais são altas e o aumento do número de candidatos será inestimável para o estudo do CRe no futuro.
“Nossa medição não apenas fornece dados em uma faixa de energia crucial e até então inexplorada, impactando nossa compreensão da vizinhança local, mas também provavelmente continuará sendo uma referência para os próximos anos.” de Naurois diz.
A pesquisa foi publicada em Cartas de revisão física.
