Pesquisadores do CERN geraram 'bolas de fogo' de plasma para simular jatos de blazares distantes, lançando luz sobre o mistério dos raios gama perdidos. O experimento sugere que campos magnéticos intergalácticos antigos, em vez de instabilidades de plasma, podem explicar o fenômeno. Publicado na PNAS em 3 de novembro, as descobertas destacam possíveis remanescentes do Universo primordial.
Uma equipe internacional liderada pela University of Oxford usou o acelerador Super Proton Synchrotron do CERN em Genebra para produzir 'bolas de fogo' de plasma, imitando o comportamento de jatos de partículas de blazares. Blazares são galáxias ativas alimentadas por buracos negros supermassivos que emitem jatos estreitos de partículas e radiação a quase a velocidade da luz, incluindo raios gama de até vários teraelectronvolts (TeV). Esses raios gama de alta energia viajam pelo espaço intergaláctico e interagem com a luz de fundo das estrelas, criando cascatas de pares elétron-pósitron. Espera-se que esses pares colidam com o fundo cósmico de micro-ondas, produzindo raios gama de menor energia em torno de 10^9 eV (GeV), mas o satélite Fermi da NASA não detectou esse sinal.
Duas teorias principais foram propostas para a discrepância: campos magnéticos intergalácticos fracos desviando os pares para longe da Terra, ou instabilidades no plasma intergaláctico fino drenando energia do feixe. Para testar isso, os pesquisadores usaram a instalação High-Radiation to Materials (HiRadMat) do CERN, enviando feixes de pares elétron-pósitron através de um plasma de um metro de comprimento para replicar condições cósmicas.
Os resultados, publicados em 3 de novembro na PNAS, mostraram que o feixe permaneceu focado de forma apertada com perturbação ou atividade magnética mínima, indicando que instabilidades de plasma são insuficientes para explicar os raios gama perdidos. Isso apoia a presença de campos magnéticos primordiais dos momentos iniciais do Universo, possivelmente envolvendo física além do Modelo Padrão.
O pesquisador principal, Professor Gianluca Gregori da University of Oxford, afirmou: "Nosso estudo demonstra como experimentos de laboratório podem ajudar a preencher a lacuna entre teoria e observação, aprimorando nossa compreensão de objetos astrofísicos de telescópios baseados em satélites e terrestres." O co-investigador Professor Bob Bingham da STFC Central Laser Facility e da University of Strathclyde acrescentou: "Esses experimentos demonstram como a astrofísica de laboratório pode testar teorias do Universo de alta energia." O Professor Subir Sarkar de Oxford observou: "Foi muito divertido fazer parte de um experimento inovador como este que adiciona uma dimensão nova à pesquisa de fronteira realizada no CERN."
A colaboração incluiu instituições como a STFC Central Laser Facility, a University of Rochester, o Lawrence Livermore National Laboratory e o Max Planck Institute for Nuclear Physics. Observatórios futuros como o Cherenkov Telescope Array podem fornecer mais insights sobre esses campos magnéticos.