Ciência

Estudo soluciona mistério da origem de raios cósmicos super energéticos

Astrônomos rastrearam pela primeira vez a fonte de uma partícula errante com energia anormal: um berçário de estrelas gigantes na constelação de Cisne.

Por Bruno Carbinatto
Atualizado em 12 mar 2021, 18h35 - Publicado em 12 mar 2021, 18h34

Dois novos estudos propõe uma nova resposta para uma pergunta que assombra astrônomos há décadas: qual é a origem dos raios cósmicos de alta energia que atingem a Terra? Segundo os novos resultados, eles vêm do interior de aglomerados de estrelas – e não de supernovas, como se acreditava anteriormente.

Raios cósmicos são partículas de alta energia que se movem pelo espaço em velocidades próximas à da luz. Em geral, são formados por pedacinhos de átomos, como prótons ou núcleos atômicos, acelerados no talo. Às vezes, essas partículas chegam na Terra e são detectadas por nossos equipamentos, mas é difícil traçar a sua origem porque sua trajetória pode ser desviada por campos magnéticos ao longo do caminho.

Uma das possíveis origens dos raios cósmicos que chegam à Terra são as supernovas – enormes explosões que ocorrem ao final da vida de estrelas de grande porte, quando as camadas mais externas colapsam no núcleo.

Nesses eventos, muitas partículas de fato são ejetadas a velocidades altíssimas e se espalham pelo espaço. As supernovas são conhecidas por gerarem esses balaços intergaláticos. Mas alguns raios cósmicos específicos são tão energéticos que seria difícil produzi-los, mesmo para os padrões das supernovas. Esses raios cósmicos anabolizados são medidos em petaelectronvolts (PeV), a energia cinética mais alta verificada nesse campo de estudo. “Peta” é um prefixo usado em unidades de medida que indica uma cifra com 15 zeros. Ele vem depois de tera (12), giga (9), mega (6) e quilo (3).

Se não as supernovas, que fenômeno conseguiria acelerar partículas a níveis PeV? Uma equipe internacional de astrônomos liderada por cientistas da Universidade Técnica de Michigan, nos Estados Unidos, parece ter encontrado a resposta. Em dois estudos publicados nos periódicos Nature Astronomy e Astrophysical Journal Letters, os pesquisadores descrevem a descoberta de raios de altíssima energia vindos de um aglomerado de estrelas chamado de Cygnus Cocoon (“O Casulo do Cisne”).

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Essa é uma enorme estrutura astronômica em formato de bolha com cerca de 180 anos-luz de diâmetro e que fica a 4,6 mil anos-luz do nosso Sol, na direção da constelação de Cisne. Essa região é palco de uma intensa formação de estrelas massivas e de vida curta, e dois aglomerados de estrela relativamente jovens se destacam: o NGC 6910 e o Cygnus OB2, sendo que esse último parece ter sido a origem dos raios detectados. As descobertas foram possíveis graças a observações do observatório High-Altitude Water Cherenkov (HAWC), localizado no México.

(Você talvez tenha percebido que á a palavra “água” nome do observatório. Quando uma partícula penetra na água em uma velocidade superior à da luz no líquido, ela emite um brilho azul fantasmagórico chamado radiação Cherenkov. É como se ela tivesse “quebrado a barreira da luz” naquele meio. É assim que funcionam os observatórios de raios cómicos: com enormes tanques e detectores de luz.)

Segundo a equipe, esse ambiente caótico, cheio de estrelas nascentes e ventos turbulentos, têm uma configuração de campos magnéticos ideal para dar um gás nas partículas que chegam à Terra, funcionando como o “mais poderoso acelerador de partículas natural em nossa galáxia”.

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Além disso, os aglomerados estelares têm uma característica específica que favorece o surgimento de raios cósmicos de altíssima energia: diferentemente de episódios de supernovas, as partículas dentro dos aglomerados podem ficar “aprisionadas” por muito tempo antes de serem lançadas pelo espaço. Isso ocorre porque elas interagem longamente com as estrelas que formam essas estruturas, acumulando cada vez mais energia para alcançar os petaelectronvolts medidos nesses fenômenos especiais.

“Espera-se que algumas partículas ganhem energias realmente enormes dentro desses aglomerados de estrelas massivas graças ao longo tempo de confinamento, tão longo que é comparável aos milhões de anos do próprio tempo de vida desses aglomerados”, explica Sabrina Casanova, do Instituto de Física Nuclear da Academia Polonesa de Ciências, e uma das autoras dos estudos.

Ainda há questões que não são totalmente compreendidas – como, por exemplo, os mecanismos exatos de aceleração e confinamento que ocorrem dentro desse aglomerados de estrelas. Mas os novos estudos parecem começar a responder um mistério de décadas da astronomia e abrir portas para mais análises do tipo.