O observatório LHAASO (Large High Altitude Air Shower Observatory) fez uma descoberta notável ao identificar uma estrutura maciça de bolhas de raios gama de ultra-alta energia em uma região de formação estelar na constelação do Cisne. O Pevatron.
Esta é a primeira vez que a origem de raios cósmicos com energia superior a 10 peta-elétron-volts (1015 elétron-volts) é registrada.
Os raios cósmicos são partículas carregadas provenientes do espaço, compostas principalmente de núcleos de hidrogênio e hélio, sendo a sua origem uma das questões mais importantes na astrofísica moderna.
As medições de raios cósmicos realizadas nas últimas décadas revelaram uma lacuna em torno de 1 PeV no espectro de energia, conhecida como “joelho” do espectro de energia dos raios cósmicos, devido à sua forma semelhante a uma articulação do joelho quando os dados são representados graficamente.
Os cientistas acreditam que os raios cósmicos com energia inferior ao joelho se originam de objetos astrofísicos dentro da Via Láctea, e a presença do joelho indica que o limite de energia para a aceleração de prótons pela maioria das fontes de raios cósmicos na Via Láctea está em torno de alguns PeVs. No entanto, a origem dos raios cósmicos na região do joelho ainda é um mistério não resolvido e um dos tópicos mais intrigantes na área.
Agora, o observatório LHAASO detectou uma estrutura gigante de bolhas emitindo raios gama de ultra-alta energia na região de formação estelar Cygnus, com vários fótons excedendo 1 PeV dentro da estrutura, sendo que a energia mais alta registrada chegou a 2,5 PeV, indicando a presença de um super acelerador de raios cósmicos dentro da bolha. Segundo os cálculos da equipe, esse acelerador cósmico natural acelera continuamente partículas de raios cósmicos a energias de até 20 PeVs e as lança para o espaço interestelar, motivo pelo qual os cientistas o apelidaram de “Pevatron”.
Os raios cósmicos de alta energia colidem com o gás interestelar, resultando na emissão de raios gama. A intensidade desses fótons de raios gama está diretamente ligada à distribuição do gás circundante, sendo o aglomerado estelar massivo, conhecido como associação OB, Cygnus OB2, localizado próximo ao centro da bolha, o candidato mais promissor para o superacelerador de raios cósmicos. O Cygnus OB2 é composto por numerosas estrelas jovens, quentes e massivas, com temperaturas superficiais que ultrapassam os 35.000 °C (estrelas do tipo O) e 15.000 °C (estrelas do tipo B).
A luminosidade dessas estrelas é extraordinariamente alta, chegando a ser centenas a milhões de vezes maior que a do Sol, e a intensa pressão da radiação resulta na ejeção de material de suas superfícies, formando ventos estelares dinâmicos com velocidades de até milhares de quilômetros por segundo. A interação dos ventos estelares com o meio interestelar circundante, assim como as colisões entre eles, criaram ambientes propícios para uma eficiente aceleração de partículas.
Esta descoberta marca o primeiro superacelerador de raios cósmicos identificado. Com uma extensão do tempo de observação, espera-se que o LHAASO detecte mais superaceleradores de raios cósmicos e, eventualmente, resolva o mistério da origem desses raios na Via Láctea.
O observatório LHAASO é uma infraestrutura científica e tecnológica dedicada à pesquisa de raios cósmicos, situada a uma altitude de 4.410 metros no Monte Haizi, na província de Sichuan, China.
Este complexo inclui uma matriz terrestre de um quilômetro quadrado, equipada com 5.216 detectores de partículas eletromagnéticas e 1.188 detectores de múons, juntamente com um conjunto de detectores Cherenkov de água, que cobrem uma área de 78.000 metros quadrados, e 18 telescópios Cherenkov de grande angular. O observatório LHAASO é reconhecido como o detector de raios gama de ultra-alta energia mais sensível do mundo.
Operando sob um modelo de cooperação internacional, o LHAASO promove o compartilhamento aberto de plataformas de instalações e dados observacionais. Atualmente, conta com a participação de 32 instituições de pesquisa astrofísica em todo o mundo, envolvendo aproximadamente 280 membros. O observatório foi concluído em julho de 2021 e tem coletado dados desde então.
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