A descoberta de um padrão de "listas" em raios-X nos restos de uma estrela que explodiu podem providenciar a primeira evidência directa que um evento cósmico pode acelerar partículas para energias cem vezes maiores que o alcançado pelo mais poderoso acelerador de partículas da Terra.
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Imagem do resto de supernova Tycho.
Crédito: Raios-X: NASA/CXC/Rutgers/K. Eriksen et al.; Óptico: DSS
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Esta imagem vem de uma observação muito profunda do resto de supernova Tycho pelo Chandra, produzido pela explosão de uma anã branca na nossa Galáxia. Os raios-X de baixa energia (vermelho) na imagem mostram detritos em expansão da explosão de supernova e os raios-X de alta energia (azul) mostram a onda de choque, uma concha de electrões extremamente energéticos. Estes raios-X altamente energéticos mostram um padrão de "listas" de raios-X nunca antes visto num resto de supernova. Algumas das listas mais brilhantes podem ser observadas no lado direito do resto, que aponta desde o limite exterior para o interior. O fundo estelar foi obtido pelo DSS (Digitized Sky Survey) e apenas mostra estrelas fora do objecto.
A foto foi obtida através de uma exposição muito longa do resto de supernova Tycho com o Observatório de Raios-X Chandra e pode explicar como é que algumas das partículas extremamente energéticas que bombardeiam a Terra, os raios cósmicos, são produzidas.
"Vimos muitas estruturas interessantes nos restos de supernovas, mas nunca tínhamos visto listas antes," afirma Kristoffer Eriksen, o investigador pós-doutorado da Universidade de Rutgers que liderou o estudo. "Isto faz-nos pensar arduamente sobre o que está acontecer na onda de choque desta gigantesca explosão." Este estudo mais recente do Chandra fornece suporte para uma teoria acerca de como os campos magnéticos podem ser dramaticamente amplificados em tais ondas de choque.
Nesta teoria, os campos magnéticos tornam-se altamente emaranhados, e os movimentos das partículas muito turbulentos perto da onda de choque da supernova em expansão, na fronteira do resto da supernova. As partículas carregadas altamente energéticas podem saltar para trás, para a frente e repetidamente ao longo da onda de choque, ganhando energia com cada passagem. Os modelos teóricos do movimento das partículas mais energéticas - que são na sua maioria protões - prevêem uma emaranhada rede de buracos e paredes densas que correspondem a zonas fracas e fortes dos campos magnéticos, respectivamente.
Pensa-se que as listas de raios-X descobertas pelos cientistas do Chandra sejam regiões onde a turbulência é maior e os campos magnéticos mais emaranhados que as áreas em redor, e podem ser tais as paredes previstas na teoria. Os electrões ficam presos nestas regiões e emitem raios-X à medida que espiralam em torno das linhas do campo magnético.
No entanto, o padrão regular e quase periódico das listas de raios-X não foi previsto pela teoria.
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Imagem que mostra o padrão de listas de raios-X no resto de supernova de Tycho.
Crédito: NASA/CXC/Rutgers/K. Eriksen et al.
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"Foi uma grande surpresa descobrir tal conjunto de listas tão bem arranjado," afirma o co-autor Jack Hughes, professor de física e astronomia da Rutgers. "Não esperávamos que aparecesse tanta ordem em tanto caos. Isto pode significar que a teoria está incompleta, ou que há algo que não compreendemos."
Assumindo que o espaço entre as listas de raios-X corresponde ao raio do movimento espiralante dos protões altamente energéticos no resto de supernova, o espaço corresponde a energias cerca de 100 vezes maior que as atingidas pelo LHC (Large Hadron Collider). Estas energias são equivalentes às maiores energias dos raios cósmicos que se pensa serem produzidos na nossa Galáxia.
Dado que os raios cósmicos são compostos por partículas carregadas, como protões e electrões, a sua direcção de movimento varia quando encontram campos magnéticos espalhados pela Galáxia. Por isso, a origem dos raios cósmicos individuais detectados na Terra não pode ser determinada.
Os restos de supernova há muito que são considerados bons candidatos à produção dos raios cósmicos mais energéticos na nossa Galáxia. Os protões podem atingir energias que são centenas de vezes mais poderosas que os electrões mais energéticos, mas dado que não irradiam de modo tão eficiente quanto os electrões, não existem evidências directas para a aceleração dos protões dos raios cósmicos nos restos de supernova.
Estes resultados também suportam a previsão de que os campos magnéticos no espaço interestelar são altamente amplificados nos restos de supernova, mas a diferença entre as estruturas observadas e as previstas implica que outras interpretações não podem ser excluídas.
"Estamos muito excitados em descobrir estas listas porque permitem-nos seguir directamente, pela primeira vez, a origem das partículas mais energéticas produzidas na nossa Galáxia," afirma Eriksen. "Mas, ainda não podemos clamar vitória."
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Ilustração esquemática das listas em Tycho.
Crédito: NASA/CXC/M. Weiss
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O resto de supernova de Tycho tem o nome do famoso astrónomo dinamarquês, que observou a supernova em 1572. Os cientistas pensam que a explosão ocorreu quando uma estrela anã branca cresceu em massa e excedeu o seu peso limite, formando uma denominada supernova do tipo Ia. O resto de Tycho está localizado na Via Láctea, a cerca de 13.000 anos-luz da Terra.
"Os restos de supernova são os nossos melhores laboratórios cósmicos para compreender como a natureza acelera os raios cósmicos altamente energéticos," afirma Roger Blandford da Universidade de Stanford, especialista neste campo que não esteve envolvido nestes achados. "Estas cuidadosas medições providenciam uma pista muito forte para o que realmente acontece nestas frentes de choque gigantes."
Links:
Notícias relacionadas:
Observatório Chandra (comunicado de imprensa)
Universidade de Rutgers (comunicado de imprensa)
PHYSORG.com
SpaceRef
UPI.com
Supernova de Tycho:
Wikipedia
Solstation
Supernovas:
Supernova - Wikipedia
Supernova do tipo Ia - Wikipedia
Raios cósmicos:
Wikipedia
Observatório Chandra:
Página oficial (Harvard)
Página oficial (NASA)
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