Com a ajuda de telescópios especiais, os pesquisadores observaram um acelerador de partículas cósmicas como nunca antes. Observações feitas com o observatório de raios gama H.E.S.S. na Namíbia mostram pela primeira vez o curso de um processo de aceleração em um processo estelar chamado nova, que compreende erupções poderosas na superfície de uma anã branca. Uma nova cria uma onda de choque que rasga o meio circundante, puxando partículas com ela e acelerando-as a energias extremas. Surpreendentemente, a nova “RS Ophiuchi” parece fazer com que as partículas acelerem em velocidades que atingem o limite teórico, correspondendo às condições ideais. A pesquisa foi publicada na revista Science.
As anãs brancas são estrelas antigas queimadas que colapsaram sobre si mesmas e se desenvolvem em objetos extremamente compactos. Os eventos Novae ocorrem, por exemplo, quando uma anã branca está em um sistema binário com uma estrela grande, e a anã branca coleta material de sua companheira mais massiva devido à sua gravidade. Uma vez que o material coletado ultrapassa um nível crítico, ele estimula uma explosão termonuclear na superfície da anã branca. Algumas novas são conhecidas por se repetirem. RS Ophiuchi é uma dessas novas recorrentes; há uma explosão em sua superfície a cada 15 a 20 anos. “As estrelas que formam o sistema estão aproximadamente à mesma distância uma da outra que a Terra e o Sol”, explica Alison Mitchell, pesquisadora da Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg e investigadora principal do programa H.E.S.S Nova. “Quando a nova explodiu em agosto de 2021, os telescópios H.E.S.S. nos permitiram observar pela primeira vez uma explosão galáctica em raios gama de energia muito alta”, continua ela.
O grupo de pesquisa observou que as partículas foram aceleradas a energias várias centenas de vezes maiores do que as observadas anteriormente em novas. Além disso, a energia liberada como resultado da explosão foi transformada de forma extremamente eficiente em prótons acelerados e núcleos pesados, de modo que a aceleração das partículas atingiu as velocidades máximas calculadas em modelos teóricos. De acordo com Ruslan Konno, um dos principais autores do estudo e doutorando no DESY em Zeuthen, “A observação de que o limite teórico para a aceleração de partículas pode realmente ser alcançado em ondas de choque cósmicas genuínas tem enormes implicações para a astrofísica. Isso sugere que o processo de aceleração pode ser tão eficiente em seus parentes muito mais extremos, as supernovas.”
Durante a erupção do RS Ophiuchi, os pesquisadores puderam pela primeira vez acompanhar o desenvolvimento da nova em tempo real, permitindo observar e estudar a aceleração das partículas cósmicas como se estivessem assistindo a um filme. Os pesquisadores foram capazes de medir raios gama de alta energia até um mês após a explosão. “Esta é a primeira vez que conseguimos realizar observações como essa, e isso nos permitirá obter insights futuros ainda mais precisos sobre como funcionam as explosões cósmicas”, explica Dmitry Khangulyan, astrofísico teórico da Universidade Rikkyo, em Tóquio. Japão. “Podemos, por exemplo, descobrir que as novas contribuem para o sempre presente mar de raios cósmicos e, portanto, têm um efeito considerável na dinâmica de seus arredores imediatos”. Os raios cósmicos são imensas chuvas de partículas subatômicas energéticas que vêm de todas as direções do espaço ao mesmo tempo e que têm uma origem exata incerta.
Telescópios específicos foram necessários para essas medições. O H.E.S.S. instalação (que significa High Energy Stereoscopic System) na Namíbia consiste em cinco telescópios Cherenkov que são usados para investigar os raios gama do espaço. Uma nova câmera de última geração altamente sensível – conhecida como FlashCam – foi instalada recentemente no maior telescópio. O projeto FlashCam está sendo desenvolvido para o observatório de raios gama da próxima geração, o Cherenkov Telescope Array (CTA). “A nova câmera está em uso desde o final de 2019, e essa medição mostra o potencial da última geração de câmeras”, explica Simon Steinmaßl, doutorando no Instituto Max Planck de Física Nuclear em Heidelberg, que esteve envolvido em analisando os dados da câmera.
Os telescópios foram apontados para a nova em muito pouco tempo depois que astrônomos amadores relataram pela primeira vez a nova à comunidade astrofísica. O sucesso da observação deveu-se em grande parte à rápida reação dos pesquisadores e da comunidade astronômica em geral, abrindo caminho para extensas observações subsequentes. H.E.S.S. O diretor Stefan Wagner, professor do observatório regional em Heidelberg, explica: “Nos próximos anos, a pesquisa usando os telescópios CTA mostrará se esse tipo de nova é especial”. Além disso, os pesquisadores agora têm uma ideia mais clara do que procurar. Isso dá origem a uma série de novas possibilidades para obter uma melhor compreensão e ser mais capaz de explicar eventos ligados a novas. “Esta medição é mais um sucesso na astronomia de raios gama e um sinal encorajador de que seremos capazes de estudar muito mais explosões cósmicas com H.E.S.S. e telescópios de raios gama do futuro.”
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