Terzan 5 é um denso aglomerado de estrelas que mergulha em nossa galáxia a uma velocidade vertiginosa. (ESA/Hubble)
Quando meus colegas e eu começamos a trabalhar em um mistério cósmico centenário, encontramos um laboratório celestial inesperado em Terzan 5, um denso aglomerado de estrelas que atualmente mergulha em nossa galáxia a uma velocidade vertiginosa.
Esta estranheza estelar permitiu-nos estudar o comportamento dos raios cósmicos – partículas de alta energia cujos caminhos erráticos através do espaço têm confundido os astrónomos desde a sua descoberta em 1912.
Ao observar a radiação produzida pelos raios cósmicos de Terzan 5, alcançamos uma inovação científica: medir a rapidez com que estas partículas mudam de direção devido a flutuações nos campos magnéticos interestelares. Nossa pesquisa é publicado hoje na Nature Astronomy.
Radiação em movimento rápido do espaço sideral
Os raios cósmicos são algo que ninguém esperava que existissem. Quando a radioatividade foi descoberta pela primeira vez na década de 1890, os cientistas pensavam que todas as fontes de radiação estavam na Terra.
Mas em 1912, o físico austríaco-americano Victor Hess mediu o nível de radiação ambiente num balão de alta altitude e descobriu que era muito mais elevado do que ao nível do solo, mesmo durante um eclipse quando o Sol estava bloqueado. Isso significava que a radiação devia vir do espaço.
Hoje conhecemos a misteriosa radiação que Hess descobriu como raios cósmicos: núcleos atômicos e partículas elementares, como prótons e elétrons, que de alguma forma foram acelerados quase à velocidade da luz. Estas partículas atravessam o espaço interestelar e, graças às suas altas energias, uma pequena fração delas pode penetrar na atmosfera superior, como descobriu Hess.
Mas não podemos dizer facilmente de onde eles vêm. Os raios cósmicos são partículas carregadas, o que significa que sua direção de deslocamento muda quando encontram um campo magnético.
A imagem estática do cosmos de raios cósmicos
O efeito de deflexão magnética fornece a tecnologia básica para antigos monitores e televisores de tubo de raios catódicos (CRT), que o utilizam para direcionar elétrons em direção à tela para criar uma imagem. O espaço interestelar está cheio de campos magnéticos, e esses campos estão constantemente flutuando, desviando os raios cósmicos em direções aleatórias – como um CRT quebrado em uma TV antiga que só mostra estática.
Então, em vez de os raios cósmicos virem diretamente da sua fonte até nós, como a luz faz, eles acabam se espalhando quase uniformemente por toda a galáxia. Aqui na Terra nós os vemos vindo quase igualmente de todas as direções do céu.
Embora agora compreendamos esse quadro geral, faltam muitos detalhes. A uniformidade dos raios cósmicos no céu nos diz que as direções dos raios cósmicos mudam aleatoriamente, mas não temos uma boa maneira de medir a rapidez com que esse processo acontece.
Nem compreendemos a origem última das flutuações magnéticas. Ou não, até agora.
Terzan 5 e os raios gama deslocados
É aí que entra Terzan 5. Este aglomerado de estrelas é um copioso produtor de raios cósmicos, porque contém uma grande população de estrelas em rotação rápida, incrivelmente densas e magnetizadas, chamadas pulsares de milissegundos – que aceleram os raios cósmicos a velocidades extremamente altas.
Esses raios cósmicos não chegam até a Terra, graças aos campos magnéticos flutuantes. No entanto, podemos ver um sinal revelador da sua presença: alguns dos raios cósmicos colidem com fotões de luz estelar e convertem-nos em raios de alta energia. descarregado partículas chamadas raios gama.
Os raios gama viajam na mesma direção que o raio cósmico que os criou, mas ao contrário dos raios cósmicos, os raios gama não são desviados por campos magnéticos. Eles podem viajar em linha reta e chegar à Terra.
Devido a este efeito, frequentemente vemos raios gama provenientes de fontes poderosas de raios cósmicos. Mas em Terzan 5, por alguma razão, os raios gama não se alinham exatamente com as posições das estrelas. Em vez disso, parecem vir de uma região a cerca de 30 anos-luz de distância, onde não existe uma fonte óbvia.
Um ‘cometa’ em escala galáctica
Este deslocamento tem sido uma curiosidade inexplicável desde que foi descoberto em 2011até que chegamos a uma explicação.
Terzan 5 está perto do centro da nossa galáxia hoje, mas nem sempre. Na verdade, o aglomerado estelar está se movendo em uma órbita muito ampla que o mantém longe do plano da galáxia na maior parte do tempo.
Acontece que está mergulhando pela galáxia neste momento. Dado que este mergulho ocorre a centenas de quilómetros por segundo, o aglomerado envolve um manto de campos magnéticos à sua volta, como a cauda de um cometa mergulhando no vento solar.
Os raios cósmicos lançados pelo aglomerado viajam inicialmente ao longo da cauda. Não vemos nenhum dos raios gama que esses raios cósmicos produzem, porque a cauda não está apontada diretamente para nós – esses raios gama são emitidos ao longo da cauda e para longe de nós.
E é aqui que entram as flutuações magnéticas. Se os raios cósmicos permanecessem bem alinhados com a cauda, nunca os veríamos, mas graças às flutuações magnéticas as suas direções começam a mudar.
Eventualmente, alguns deles começam a apontar em nossa direção, produzindo raios gama que podemos ver. Mas isto leva cerca de 30 anos, e é por isso que os raios gama não parecem vir do próprio aglomerado.
No momento em que um número suficiente deles aponta para nós para que seus raios gama sejam brilhantes o suficiente para serem visíveis, eles já viajaram 30 anos-luz pela cauda magnética do aglomerado.
Raios cósmicos e campos magnéticos interestelares
Assim, graças ao Terzan 5, pela primeira vez fomos capazes de medir quanto tempo leva para as flutuações magnéticas mudarem a direção dos raios cósmicos. Podemos usar esta informação para testar teorias sobre como funcionam os campos magnéticos interestelares e de onde vêm as suas flutuações.
Isto aproxima-nos um grande passo da compreensão da misteriosa radiação espacial descoberta por Hess há mais de 100 anos.
(Autor:Mark KrumholzProfessor, Escola de Pesquisa de Astronomia e Astrofísica, Universidade Nacional Australiana)
(Declaração de divulgação: Mark Krumholz recebe financiamento do Australian Research Council e tempo de supercomputador da National Computational Infrastructure (Austrália), do Pawsey Supercomputing Center (Austrália) e do Oak Ridge Leadership Computing Facility (EUA)
Este artigo foi republicado de A conversa sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.
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