Buracos negros podem explicar mistério de 60 anos de raios cósmicos
Cientistas da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia propõem que ventos de buracos negros supermassivos poderiam acelerar raios cósmicos de ultra-alta energia, resolvendo um enigma que remonta a 1962. Essas partículas, em sua maioria núcleos atômicos, atingem energias de até 10^20 elétron-volts. A hipótese sugere que esses ventos, movendo-se a metade da velocidade da luz, lançam partículas pelo cosmos.
Raios cósmicos de ultra-alta energia têm intrigado físicos desde sua detecção em 1962. Diferentemente dos raios cósmicos típicos, que são núcleos atômicos acelerados em ambientes extremos como supernovas ou estrelas de nêutrons, essas partículas raras carregam muito mais energia, com fontes desconhecidas até agora.
Uma equipe da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia (NTNU) oferece uma nova explicação em um estudo publicado nos Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. O autor principal, Domenik Ehlert, um pesquisador de PhD no Departamento de Física da NTNU, junto com a professora associada Foteini Oikonomou e o fellow pós-doutoral Enrico Peretti da Université Paris Cité, foca em astrofísica de partículas.
"Suspeitamos que essa radiação de alta energia é criada por ventos de buracos negros supermassivos," disse Oikonomou.
Buracos negros supermassivos ativos, ao contrário do inativo Sagitário A* no centro da Via Láctea, consomem matéria equivalente a vários sóis por ano. Uma fração desse material forma fluxos de saída de até metade da velocidade da luz, conhecidos há cerca de uma década por influenciar a formação de galáxias ao dispersar gás e interromper o nascimento de estrelas.
"Uma pequena porção do material pode ser empurrada pela força do buraco negro antes de ser puxada para dentro. Como resultado, cerca de metade desses buracos negros supermassivos criam ventos que se movem pelo universo a até metade da velocidade da luz," explicou Peretti.
Os pesquisadores propõem que esses ventos aceleram prótons ou núcleos atômicos a 10^20 elétron-volts—aproximadamente a energia de uma bola de tênis servida por Serena Williams a 200 km/h, ou um bilhão de vezes a de partículas no Large Hadron Collider.
"É possível que esses ventos poderosos acelerem as partículas que criam a radiação de ultra-alta energia," disse Ehlert.
Embora ideias anteriores apontassem para explosões de raios gama, galáxias de surto estelar ou fluxos de plasma, nenhuma forneceu evidência conclusiva. O modelo da NTNU se alinha com a composição química das partículas em uma faixa de energia específica e poderia ser testado por experimentos de neutrinos.
"Nossa resposta é mais um 'talvez' cauteloso," observou Oikonomou. "Encontramos que as condições relacionadas a esses ventos se alinham particularmente bem com a aceleração de partículas. Mas ainda não conseguimos provar que são especificamente esses ventos."
Esses raios não representam ameaça na Terra devido à destruição atmosférica, mas destacam riscos de radiação para viagens espaciais, embora a radiação solar de baixa energia seja a principal preocupação para astronautas.