O que acelera os raios cósmicos quase à velocidade da luz? Os astrônomos ponderam essa questão há quase 100 anos, e agora novas evidências sustentam uma teoria defendida por duas décadas de que os raios cósmicos provavelmente são alimentados por estrelas explosivas e ventos estelares. "Essa descoberta está prevista há quase 20 anos, mas até agora nenhum instrumento era sensível o suficiente para vê-la", disse Wystan Benbow, astrofísico do Observatório Astrofísico Smithsonian que coordenou esse projeto para o Sistema de Matriz de Telescópio de Imaginação por Radiação Muito Energética (VERITAS) ) colaboração.
Quase 100 anos atrás, os cientistas detectaram os primeiros sinais de raios cósmicos, que na verdade não são raios ou feixes, mas partículas subatômicas (principalmente prótons) que percorrem o espaço quase à velocidade da luz. Os raios cósmicos mais energéticos atingem o golpe de uma bola rápida de 140 km / h, mesmo sendo menores que um átomo. Os astrônomos questionaram que força natural poderia acelerar as partículas a tal velocidade.
Os raios cósmicos mais raros carregam mais de 100 bilhões de vezes a energia gerada por qualquer acelerador de partículas na Terra. Os astrônomos criaram métodos engenhosos para detectar raios cósmicos que atingem a atmosfera da Terra. No entanto, detectar raios cósmicos à distância requer muito mais esforço.
A VERITAS encontrou novas evidências para os raios cósmicos na “Galáxia dos Charutos”, também conhecida como Messier 82 (M82), localizada a 12 milhões de anos-luz da Terra, na direção da constelação Ursa Major, que apóia fortemente a antiga Terra. teoria de que supernovas e ventos estelares de estrelas massivas são os aceleradores dominantes das partículas de raios cósmicos.
Galáxias com altos níveis de formação de estrelas como M82, também conhecidas como galáxias de "explosão estelar", têm um grande número de supernovas e estrelas massivas. Se a teoria persistir, as galáxias de explosão estelar devem conter mais raios cósmicos do que as galáxias normais. A descoberta de VERITAS confirma essa expectativa, indicando que a densidade de raios cósmicos em M82 é aproximadamente 500 vezes a densidade média em nossa galáxia, a Via Láctea.
"Essa descoberta fornece informações fundamentais sobre a origem dos raios cósmicos", disse Rene Ong, professora de física da Universidade da Califórnia, Los Angeles, e porta-voz da colaboração da VERITAS.
Usando raios gama para inferir raios cósmicos
VERITAS não conseguiu detectar diretamente os raios cósmicos de M82 porque estão presos na galáxia de charutos. Em vez disso, VERITAS procurou pistas para a presença de raios cósmicos: raios gama. Os raios gama são a forma mais energética de luz, muito mais poderosa que a luz ultravioleta ou até raios-X. Quando os raios cósmicos interagem com o gás interestelar e a radiação dentro da M82, eles produzem raios gama, que podem escapar de sua galáxia e atingir detectores terrestres.
Foram necessários dois anos de coleta de dados dedicada para provocar o sinal fraco do M82.
“Sabíamos que a detecção do M82 teria implicações científicas importantes. Como resultado, agendamos uma exposição excepcionalmente longa imediatamente após o experimento ficar totalmente operacional ”, disse Benbow. “Os dados precisavam ser meticulosamente analisados para extrair o sinal de raios gama, que é um milhão de vezes menor que o ruído de fundo. Embora o sinal seja apenas uma fração minúscula dos dados, fizemos muitas verificações para possível viés e estamos confiantes de que o sinal é genuíno. ”
"A detecção do M82 indica que o universo está cheio de aceleradores de partículas naturais e, à medida que os observatórios de raios gama no solo continuam a melhorar, novas descobertas são inevitáveis". disse Martin Pohl, professor de física da Universidade Estadual de Iowa, que ajudou a liderar o estudo. Um observatório de raios gama VHE de última geração, o Advanced Gamma-ray Imaging System (AGIS), já está em desenvolvimento.
A VERITAS é operada por uma colaboração de mais de 100 cientistas de 22 instituições diferentes nos Estados Unidos, Irlanda, Inglaterra e Canadá. Clique aqui para obter mais informações sobre a VERITAS.
Legenda da imagem principal: Um composto de imagens com vários comprimentos de onda da galáxia ativa M82 de Hubble, Chandra e Spitzer. Crédito: NASA, ESA, CXC e JPL-Caltech
Fonte: Harvard Smithsonian Center for Astrophysics
