Durante muito tempo, cientistas acreditaram que os raios gama de maior energia do Universo só nasciam nas “fornalhas” extremas de buracos negros supermassivos muito ativos, a distâncias imensas. Um novo estudo, porém, conseguiu rastrear parte desses fótons energéticos até uma fonte bem mais próxima.
V4641 Sagittarii: um microquasar na Via Láctea
O sistema V4641 Sagittarii fica a cerca de 20.000 anos-luz da Terra, na direção da constelação de Sagitário. Nele, um buraco negro com aproximadamente a massa de seis sóis está sugando material de uma estrela gigante com cerca de três massas solares - e, nesse processo, gera radiação intensa, como se fosse um acelerador de partículas cósmico.
Astrónomos detectaram agora fótons vindos de V4641 Sagittarii com energias que chegam a impressionantes 200 teraelétron-volts (TeV). Para comparar, isso corresponde a 200 triliões de vezes mais energia do que a luz visível - um dos níveis mais altos de energia já observados para fótons no espaço.
Raios gama nessa faixa de energia são conhecidos por atravessar o cosmos, mas a hipótese dominante era que eles vinham sobretudo de quasares: núcleos galácticos muito brilhantes, em que buracos negros supermassivos libertam quantidades gigantescas de energia enquanto devoram, de forma turbulenta, gás que cai em direção ao centro.
V4641 Sagittarii, por outro lado, é classificado como um microquasar e, como o nome indica, funciona como uma versão “mini” de um quasar. O buraco negro é menor, a fonte de matéria é menor e a radiação emitida também seria menor - ou, pelo menos, era isso que a visão tradicional sugeria.
“Fótons detectados em microquasares geralmente têm energias muito mais baixas do que os de quasares”, diz Sabrina Casanova, do Instituto de Física Nuclear da Academia Polaca de Ciências (IFJ PAN).
“Normalmente, estamos a falar de valores da ordem de dezenas de gigaelétron-volts. Entretanto, observámos algo realmente incrível nos dados registados pelos detetores do observatório [Cherenkov de Água em Grande Altitude]: fótons provenientes de um microquasar na nossa galáxia e, ainda assim, com energias dezenas de milhares de vezes maiores do que o típico.”
Como o observatório HAWC capta partículas de altíssima energia
Instalado na encosta do vulcão extinto Sierra Negra, no México, o observatório de raios gama HAWC foi projetado para detetar partículas particularmente energéticas que chegam do espaço. Para isso, a instalação reúne 300 grandes tanques de aço cheios de água purificada.
O princípio é o seguinte: quando uma partícula de alta energia entra num tanque, ela desencadeia uma cascata de outras partículas que atravessam a água mais rápido do que a luz se propaga nesse meio. Esse fenómeno produz um clarão chamado radiação Cherenkov, que é, essencialmente, o equivalente eletromagnético de um estrondo sónico.
Detetores sensíveis, montados no interior dos tanques, registam esses flashes. A partir daí, os cientistas conseguem reconstruir o evento para inferir qual partícula carregada provocou o sinal e de que direção ela veio.
O HAWC observa 15% do céu em qualquer momento e varre dois terços do céu a cada 24 horas, acumulando uma espécie de mapa cósmico. Foi justamente num desses mapas que V4641 Sagittarii apareceu como um ponto inesperadamente brilhante em raios gama.
“Enquanto revia os mapas do céu à procura do meu próximo projeto, reparei numa região a cinco graus do nosso plano galáctico com emissões brilhantes que não tinham sido visíveis em conjuntos de dados anteriores”, afirma o físico Xiaojie Wang.
“Nenhuma fonte de raios gama tinha sido identificada nem analisada nessa região - então aproveitei a oportunidade e liderei a análise.”
Por que a emissão de 200 TeV num microquasar surpreende
Ao analisar com mais detalhe, os investigadores concluíram que V4641 Sagittarii era a origem desses raios gama de ultra-alta energia. Outros microquasares, como o SS 433, já tinham sido observados a emitir fótons com energias acima de 25 TeV, mas V4641 Sagittarii elevou o patamar: estava a produzir radiação comparável à de quasares “normais”, algo que antes parecia impossível.
A descoberta também ajuda astrónomos a compreender melhor não só a radiação cósmica, como os próprios quasares. A física em torno desses objetos gigantes desenrola-se em “câmara lenta”, ao longo de milhões de anos - enquanto microquasares realizam processos semelhantes em escalas de dias. Na prática, funcionam como simuladores naturais.
A pesquisa foi publicada na revista Nature.
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