As explosões de raios gama (GRBs) são um dos fenômenos mais poderosos do Universo e algo que os astrônomos têm estudado intensamente para aprender mais sobre suas origens.

Nos últimos anos, os astrônomos estabeleceram novos recordes para o GRB mais potente já observado – isso inclui o GRB 190114C, observado pelo Telescópio Espacial Hubble em 2019, e o GRB 221009A, detectado pelo telescópio Gemini South em 2022. O mesmo se aplica aos raios cósmicos de alta energia que se originam dentro da Via Láctea, cujas origens ainda não são totalmente compreendidas.

Em um estudo recente, os membros da Colaboração LHAASO (Large High Altitude Air Shower Observatory) da China descobriram uma enorme explosão de raios gama (designada GRB 221009A) na região de formação de estrelas Cygnus, que foi mais potente do que 10 peta-eletronvolts (PeV, 1PeV=1015eV), mais de dez vezes a média.

Além de ser o GRB mais brilhante estudado até o momento, a equipe conseguiu medir com precisão o espectro de energia da explosão, tornando essa a primeira vez que os astrônomos rastrearam os raios cósmicos com esse nível de energia até sua fonte.

A equipe foi liderada pelo Prof. Cao Zhen, professor do Instituto de Física de Alta Energia da Academia Chinesa de Ciências (CAS-IHEP), e incluiu os membros do CAS Dr. Gao Chuandong, Dr. Li Cong, Prof. Liu Ruoyu e Prof. Yang Ruizhi. Seus resultados foram descritos em um artigo intitulado “An ultrahigh-energy gamma-ray bubble powered by a super PeVatron“, publicado em 15 de novembro no Science Bulletin. A Colaboração LHAASO é composta por mais de 280 membros que representam 32 instituições de pesquisa astrofísica em todo o mundo.

O Large High-Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) é um conjunto composto por 5216 detectores de partículas eletromagnéticas, 1188 detectores de múons, um conjunto de detectores Cherenkov de água de 78.000 metros quadrados e 18 telescópios Cherenkov de ângulo amplo.

O observatório está localizado a uma altura de 4.410 metros (14468,5 pés) no Monte Haizi, na província de Sichuan, China, e é dedicado ao estudo dos raios cósmicos. Quando os raios cósmicos atingem a atmosfera da Terra, eles criam “chuvas” de partículas secundárias, algumas das quais atingem a superfície.

A origem dos raios cósmicos é uma das questões mais importantes da astrofísica atual. Nas últimas décadas, os astrônomos detectaram três GRBs de alta energia em um pico de cerca de um petaeletronvolts (PeVs) – um quatrilhão de eletronvolts (1015eV) – em seu espectro de energia.

Os cientistas acreditam que os raios cósmicos com energia abaixo desse nível provêm de fontes astrofísicas dentro da Via Láctea (como as supernovas). Esse pico de energia representa um limite para os raios cósmicos, que geralmente assumem a forma de prótons acelerados até a velocidade próxima à da luz.

Entretanto, as origens dos raios cósmicos na região de alguns petaelétronvolts continuam sendo um dos mistérios mais intrigantes da astrofísica atual. Com base nos dados adquiridos pela LHAASO, a equipe da Colaboração descobriu uma bolha gigante de raios gama de energia ultra-alta no aglomerado Cygnus X (a maior região de formação de estrelas na vizinhança solar), localizada a cerca de 2,4 bilhões de anos-luz da Terra.

Os fótons detectados dentro da estrutura apresentaram uma leitura de energia máxima de 2,5 PeV, enquanto os ejetados apresentaram valores de energia de até 20 PeV – os mais altos já registrados.

A partir disso, a equipe inferiu a presença de um acelerador de raios cósmicos maciço próximo ao centro da Bolha, que eles acreditam ser o aglomerado de estrelas maciças Cygnus OB2 dentro de Cygnus X. Esse aglomerado é composto de muitas estrelas maciças jovens, incluindo gigantes do tipo O branco-azuladas e gigantes azuis do tipo B, com temperaturas de superfície de mais de 35.000 e 15.000 °C (63.000 e 27.000 °F), respectivamente.

Essas estrelas geram uma pressão de radiação centenas a milhões de vezes maior que a do Sol, que sopra o material da superfície estelar, criando ventos solares que se movem a velocidades de até milhares de quilômetros por segundo.

As colisões entre esse vento e o ISM criam raios gama de alta energia e o ambiente ideal para a aceleração eficiente de partículas. Essas descobertas representam os raios cósmicos de mais alta energia detectados até o momento e o primeiro acelerador de raios cósmicos já observado.

As observações da equipe também indicaram que o acelerador aumenta significativamente a densidade de raios cósmicos no ISM circundante, excedendo em muito o nível médio de raios cósmicos na Via Láctea. Por fim, a intensidade da luz de fundo medida na faixa do infravermelho foi muito menor do que o esperado, cerca de 40% do que os modelos cosmológicos sugerem.

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Essas observações desafiam o modelo padrão de pós-brilho de GRBs e podem levar os astrônomos a repensar os modelos atuais de formação e evolução de galáxias. Da mesma forma, poderiam fornecer informações cruciais para testar a Relatividade Especial (RE) e a possibilidade de que a Matéria Escura seja composta de áxions.

A professora Elena Amato, astrofísica do Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF), indicou que esses resultados “não só afetam nossa compreensão da emissão difusa, mas também têm consequências muito relevantes em nossa descrição do transporte de raios cósmicos (CR) na galáxia”.

Este artigo foi republicado do Universe Today. Leia o artigo original.