Astrofísicos da Michigan State University progrediram na elucidação de um mistério centenário sobre as origens dos raios cósmicos galácticos. Seus estudos recentes identificaram uma nebulosa de vento de pulsar como fonte potencial por trás de um sinal do observatório LHAASO da China. As descobertas, apresentadas na reunião da American Astronomical Society, oferecem novas perspectivas sobre essas partículas de alta energia.
Os raios cósmicos, partículas de alta energia que viajam perto da velocidade da luz, foram descobertos pela primeira vez em 1912, mas suas origens precisas dentro da Via Láctea têm intrigado os cientistas desde então. Essas partículas provavelmente surgem de ambientes cósmicos extremos, como buracos negros, regiões de formação de estrelas ou remanescentes de estrelas explodidas, que também podem gerar neutrinos.
Shuo Zhang, professora assistente de física e astronomia na Michigan State University, liderou dois estudos que fornecem pistas frescas. No primeiro, o pesquisador pós-doutoral Stephen DiKerby analisou uma fonte de alta energia misteriosa detectada pelo Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) usando dados do telescópio espacial XMM-Newton. Ele a identificou como uma nebulosa de vento de pulsar, uma região em expansão energizada por um pulsar e preenchida com partículas como elétrons e prótons. Isso a classifica como um dos poucos PeVatrons conhecidos — aceleradores naturais capazes de impulsionar partículas a energias de peta-elétron-volt, superando em muito as instalações feitas pelo homem.
"Os raios cósmicos são muito mais relevantes para a vida na Terra do que você imagina", disse Zhang. "Cerca de 100 trilhões de neutrinos cósmicos de fontes muito, muito distantes como buracos negros passam pelo seu corpo a cada segundo. Você não quer saber de onde vêm?"
O segundo estudo envolveu os graduandos Ella Were, Amiri Walker e Shaan Karim, que usaram o telescópio de raios X Swift da NASA para investigar outras fontes LHAASO. Eles estabeleceram limites superiores para emissões de raios X, o que pode direcionar pesquisas futuras.
Esses resultados foram compartilhados na 246ª reunião da American Astronomical Society em Anchorage, Alasca. Olhando para o futuro, a equipe de Zhang planeja integrar dados do IceCube Neutrino Observatory com observações de raios X e gama para explorar por que algumas fontes produzem neutrinos e outras não.
"Ao identificar e classificar fontes de raios cósmicos, nosso esforço pode fornecer um catálogo abrangente de fontes de raios cósmicos com classificação", disse Zhang. "Isso poderia servir como legado para observatórios de neutrinos futuros e telescópios tradicionais realizarem estudos mais aprofundados sobre mecanismos de aceleração de partículas."
"Este trabalho exigirá colaboração entre físicos de partículas e astrônomos", acrescentou ela. "É um projeto ideal para o grupo de física de alta energia da MSU."
A pesquisa, detalhada no The Astrophysical Journal (DOI: 10.3847/1538-4357/adb7e0), é financiada por bolsas de observação da NASA e uma bolsa de análise IceCube da National Science Foundation. Compreender PeVatrons pode lançar luz sobre a formação de galáxias e matéria escura.