Raios cósmicos.
Esse é o nome das partículas carregadas que explodem em nossa galáxia. Eles se movem rapidamente. Mais rápido do que qualquer coisa que os humanos construíram na Terra. O Grande Colisor de Hádrons é impressionante. Essas partículas riem disso.
Principalmente, eles são prótons. Alguns elétrons, claro. Mas prótons.
Durante décadas, os astrônomos sabiam que deveria haver uma fonte. Um acelerador cósmico. Um “PeVatron”. O problema era provar isso. Você não pode simplesmente olhar para o céu e dizer: “Sim, são prótons”. Não sem ficar confuso.
Uma equipe internacional liderada pela Universidade de Hiroshima fez isso. Eles confirmaram que um objeto chamado LHAASO J1911+1014u é de fato um próton PeVatron. Isso não é um palpite. Não é um “talvez”. É a fonte de prótons de maior energia que identificamos até agora na Via Láctea.
Por que o problema do próton é importante
Aqui está o obstáculo técnico: os raios gama.
Os raios gama são luz de alta energia. Eles surgem quando os raios cósmicos atingem as coisas. Geralmente gás. Às vezes, campos magnéticos. O problema? Tanto os prótons * quanto * os elétrons criam raios gama.
Se você observar uma explosão de raios gama, como saber qual partícula a causou?
Os elétrons são sorrateiros. Eles podem imitar assinaturas de prótons. Isso tornou a confirmação de um “próton PeVatron” quase impossível por muito tempo. Um PeVatron acelera prótons a energias acima de um peta-elétron volt (um quatrilhão de eV). Isso é enorme. É o limite máximo de energia para os aceleradores de partículas padrão da nossa galáxia.
“Encontrar um acelerador de prótons de raios cósmicos acima do nível PeVeV… é um dos tópicos mais interessantes da astrofísica moderna”, disse Tsunefumi Mizuno. Mizuno é o autor principal e professor associado do Centro de Ciências Astrofísicas de Hiroshima.
Tínhamos candidatos. Dezenas deles. Mas nenhuma prova. LHAASO J1991+1014a estava lá, brilhando com energia superior a 0,1 PeV. Mas sem uma diferenciação clara entre fontes de prótons e elétrons, ele permaneceu suspeito, não condenado.
Três flechas, um alvo
Mizuno citou um antigo provérbio japonês. “Uma flecha é fácil de quebrar. Três agrupadas, nem tanto.”
Ele aplicou essa lógica. Em vez de depender de um instrumento, a equipe agrupou três conjuntos de dados distintos. Eles precisavam descartar elétrons e isolar prótons.
- Raios gama vindos do espaço: O Fermi Large Area Telescope da NASA mediu raios gama em torno de 1 GeV. Isso é um bilhão de elétron-volts.
- Ondas de rádio vindas do solo: A pesquisa FOREST do Japão usando o telescópio Nobeyama de 45 m mapeou o gás interestelar.
- Raios X do espaço: O Observatório Chandra da NASA observou emissões fracas de raios X.
Os resultados? Eles descartaram os elétrons. Peru frio.
A arma fumegante: gás, raios gama e silêncio
Como eles sabiam que não eram elétrons?
Pista 1: A amplitude de energia.
A emissão de raios gama não parou. Estendeu-se continuamente de mais de 100 trilhões de eV até 400 milhões de eV. De acordo com a física, um acelerador de elétrons não deveria ter o poder de manter essa forma. Os prótons poderiam.
Pista 2: O mapa de gás.
Fermi viu raios gama. FUGIN viu densas nuvens de gás interestelar. Os mapas combinaram perfeitamente. Prótons de alta energia se chocam com o gás. Gás atinge gás. Os raios gama explodem. Se fossem elétrons, o mapa seria diferente. Os elétrons não interagem com o gás para criar raios gama da mesma maneira. Eles interagem com luz e campos magnéticos. A correlação era inegável.
Pista 3: A falta de ruído.
Este é o sutil. Se você tivesse uma população de elétrons de alta energia, o Chandra teria visto fortes raios X difusos. Os elétrons espiralam em campos magnéticos e gritam em raios X. Chandra viu… quase nada. Emissão muito fraca. Silêncio onde deveria haver barulho.
“Três evidências apontaram para o próton PeVatron”, disse Mizuno.
Os elétrons foram descartados. A correlação de gases confirmou os prótons. O silêncio de Chandra selou tudo.
LHAASO J11+101u: Onde e o quê
O objeto fica em Aquila. Perto de Altaïr. Essa é a estrela brilhante que completa o Triângulo do Verão. Todos nós conhecemos esse triângulo das noites de julho.
Os astrónomos inicialmente pensaram que se tratava de um remanescente de supernova. Apenas uma estrela morta explodindo. Mas então detectaram emissões superiores a 100 TeV (trilhões de elétron-volts). Isso mudou a narrativa.
Não é apenas um remanescente. É um acelerador funcional.
O estudo, publicado no The Astrophysical Journal, utiliza o que a equipe chama de “modelagem abrangente de múltiplos comprimentos de onda”. Essa é uma maneira elegante de dizer que eles observaram a fonte no rádio, nos raios X e nos raios gama e forçaram os dados a fazerem sentido. Apenas uma explicação cabe: aceleração de prótons.
Além da Fonte Única
Isso não termina aqui.
A Via Láctea está cheia dessas coisas. Dezenas de outros potenciais PeVatrons de prótons foram sinalizados pelo LHAASO. Agora temos um modelo. Um exemplo confirmado. Uma linha de base.
“Planejamos agora examinar esses candidatos sistematicamente”, observou Mizuno.
Estamos passando da adivinhação para a verificação. O próximo passo é descobrir quais das outras bolhas brilhantes em nossa galáxia estão realmente empurrando prótons a velocidades de quatrilhões de elétron-volts.
Até então, sabemos uma coisa com certeza. O espaço está acelerando prótons mais rápido do que jamais imaginamos. E agora, finalmente, podemos provar isso.
“Esta pesquisa é alcançada através do esforço de equipe”, disse Mizuno. “Uma flecha é fácil de quebrar…”
Três flechas. Empacotado. Confirmado.
