O LHAASO identificou um superacelerador de raios cósmicos numa bolha de raios gama na região de Cygnus, marcando um avanço significativo na compreensão dos raios cósmicos com energias superiores a 10 PeV e as suas origens na Via Láctea. Renderização de uma estrutura gigante de bolha de raios gama de ultra-alta energia. Crédito: China Media Group
O Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) descobriu uma estrutura gigante de bolhas de raios gama de ultra-alta energia na região de formação estelar Cygnus, que é a primeira vez que a origem de raios cósmicos com energia superior a 10 Peta- Elétron-volt (PeV, 1PeV = 1015eV) foi descoberto.
Essa conquista foi publicada na forma de um artigo de capa no Boletim Científico em 26 de fevereiro.
A pesquisa foi concluída pela Colaboração LHAASO liderada pelo Prof. Cao Zhen como porta-voz do Instituto de Física de Altas Energias da Academia Chinesa de Ciências. Li Cong, Prof. Liu Ruoyu e Prof. Yang Ruizhi são os co-autores correspondentes do artigo.
Os raios cósmicos são partículas carregadas do espaço sideral, compostas principalmente de prótons. A origem dos raios cósmicos é uma das questões fronteiriças mais importantes da astrofísica moderna. Medições de raios cósmicos nas últimas décadas revelaram uma quebra em torno de 1 PeV no espectro de energia (ou seja, a distribuição da abundância de raios cósmicos em função da energia das partículas), que é chamada de “joelho” do espectro de energia dos raios cósmicos devido ao seu formato semelhante a uma articulação do joelho.
Renderização da propagação de raios cósmicos de ultra-alta energia no espaço interestelar. Crédito: China Media Group
Os cientistas acreditam que os raios cósmicos com energia inferior ao “joelho” se originam de objetos astrofísicos dentro do via Láctea, e a existência do “joelho” também indica que o limite de energia para acelerar prótons da maioria das fontes de raios cósmicos na Via Láctea é de cerca de alguns PeV. No entanto, a origem dos raios cósmicos na região do “joelho” ainda é um mistério não resolvido e um dos tópicos mais intrigantes na pesquisa dos raios cósmicos nos últimos anos.
Descoberta de um Super Acelerador de Raios Cósmicos
LHAASO descobriu uma estrutura gigante de bolha de raios gama de ultra-alta energia na região de formação estelar Cygnus, com múltiplos fótons excedendo 1 PeV dentro da estrutura, com a energia mais alta atingindo 2,5 PeV, indicando a presença de um super acelerador de raios cósmicos dentro da bolha, que acelera continuamente partículas de raios cósmicos de alta energia com energias de até 20 PeV e as injeta no espaço interestelar. Esses raios cósmicos de alta energia colidem com o gás interestelar e produzem raios gama. A intensidade destes fotões de raios gama está claramente correlacionada com a distribuição do gás circundante, e o aglomerado estelar massivo (a associação OB, Cygnus OB2) perto do centro da bolha é o candidato mais promissor para o super acelerador de raios cósmicos. Cygnus OB2 é composto por muitas estrelas jovens, quentes e massivas com temperaturas de superfície superiores a cerca de 35.000 °C (estrelas do tipo O) e 15.000 °C (estrelas do tipo B).
Observatório de chuvas de ar de grande altitude no condado de Daocheng, província de Sichuan, sudoeste da China. Crédito: China Media Group
A luminosidade da radiação destas estrelas é centenas a milhões de vezes a do Sol, e a enorme pressão da radiação sopra para longe o material da superfície das estrelas, formando ventos estelares dinâmicos com velocidades de até milhares de quilómetros por segundo. A colisão dos ventos estelares com o meio interestelar circundante e a violenta colisão entre os ventos estelares criaram locais ideais para uma aceleração eficiente das partículas. Este é o primeiro superacelerador de raios cósmicos identificado até agora. Com o aumento do tempo de observação, espera-se que o LHAASO detecte mais superaceleradores de raios cósmicos e, esperançosamente, resolva o mistério da origem dos raios cósmicos na Via Láctea.
A observação do LHAASO também indicou que o superacelerador de raios cósmicos dentro da bolha aumenta significativamente a densidade dos raios cósmicos no espaço interestelar circundante, excedendo em muito o nível médio de raios cósmicos na Via Láctea. A extensão espacial do excesso de densidade excede até mesmo a faixa observada de bolhas, fornecendo uma possível explicação para o excesso de emissão difusa de raios gama do Plano Galáctico previamente detectado pelo LHAASO.
A professora Elena Amato, renomada astrofísica do Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF), destacou o impacto da descoberta na origem dos Raios Cósmicos em geral. Ela também comentou que estes resultados “não só impactam a nossa compreensão da emissão difusa, mas também têm consequências muito relevantes na nossa descrição do transporte de raios cósmicos (CR) na Galáxia”.
Referência: “Uma bolha de raios γ de energia ultra-alta alimentada por um super PeVatron” por LHAASO Collaboration, 23 de dezembro de 2023, Boletim Científico.
DOI: 10.1016/j.scib.2023.12.040
