Os astrónomos descobriram uma característica inesperada e inexplicável fora da nossa Galáxia, a Via Láctea: radiação luminosa de alta energia chamada raios gama.
A equipe por trás da descoberta, incluindo o cosmólogo Alexander Kashlinsky, da NASA e da Universidade de Maryland, encontrou o sinal de raios gama enquanto pesquisava 13 anos de dados do Telescópio Fermi da NASA.
“É uma descoberta completamente fortuita”, disse Kashlinski Ele disse em um comunicado. “Encontramos um sinal muito mais forte, e numa parte do céu diferente daquela que procurávamos.”
O que torna este sinal de raios gama ainda mais estranho é o facto de cair em direcção a outra formação inexplicável no espaço, a fonte de algumas das partículas cósmicas mais energéticas alguma vez descobertas.
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A equipe acredita que o sinal recém-descoberto está ligado a essas partículas de alta energia, ou raios cósmicos, que são compostos principalmente de prótons, nêutrons e núcleos atômicos.
Estes raios cósmicos de ultra-alta energia (UHECRs) transportam mil milhões de vezes mais energia do que os raios gama, e as suas origens continuam a ser um dos maiores mistérios da astrofísica, um mistério aprofundado pela descoberta desta fonte de raios gama.
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Esta misteriosa nova característica de raios gama pode ser semelhante a uma estranha propriedade da radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB).
A CMB representa a luz mais antiga do universo e é um fóssil cósmico que sobrou de um evento que ocorreu cerca de 380 mil anos após o Big Bang. Antes disso, o universo era uma sopa quente e densa de elétrons e prótons livres através dos quais a luz não conseguia viajar.
No entanto, nessa época, o universo esfriou o suficiente para permitir que elétrons e prótons se unissem para formar átomos primordiais. A súbita falta de elétrons livres significa que os fótons, as partículas de luz, não são mais espalhados infinitamente por essas partículas carregadas negativamente.
O universo literalmente passou de opaco a transparente em um instante, permitindo que a primeira luz viajasse. O CMB consiste nesses primeiros fótons que viajam livremente.
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À medida que o Universo se expandiu ao longo dos próximos 13,8 mil milhões de anos, estes fotões perderam energia e agora têm uma temperatura uniforme de 454 graus Fahrenheit negativos (270 graus Celsius negativos).
A CMB foi observada pela primeira vez pelos radioastrônomos americanos Robert Wilson e Arno Penzias em maio de 1964 como radiação de micro-ondas em todas as direções do céu acima da Terra. No entanto, na década de 1990, esta aparente uniformidade foi desafiada quando a nave espacial Cosmic Background Explorer (COBE) da NASA detectou pequenas variações na temperatura da CMB.
O COBE descobriu que a CMB é 0,12% mais quente, com mais micro-ondas em direção à constelação de Leão, e é 0,12% mais fria que a média na direção oposta, com menos micro-ondas.
Este padrão, ou “dipolo”, na CMB é devido ao movimento do nosso sistema solar – 370 quilómetros por segundo em relação ao campo de radiação fóssil. No entanto, se este fosse o caso, dipolos semelhantes resultantes do movimento do sistema solar deveriam surgir em toda a luz proveniente de fontes astrofísicas fora do sistema solar, mas isso ainda não foi visto.
Os astrónomos estão à procura deste efeito noutros tipos de luz para que possam confirmar que o dipolo CMB é o resultado do nosso movimento.
“Essa medição é importante, porque a variação em torno do tamanho e da direção do dipolo CMB pode nos fornecer um vislumbre dos processos físicos que ocorreram no universo muito primitivo, provavelmente datando de quando era menos de um trilionésimo de um o segundo de idade”, disse Fernando, membro da equipe. Atrio Barandella é professor de física teórica na Universidade de Salamanca, na Espanha.
Um ou dois mistérios cósmicos?
A equipe recorreu ao Fermi e ao seu Large Area Telescope (LAT), que varre todo o céu acima da Terra várias vezes ao dia para coletar e comparar muitos anos de dados. Os pesquisadores esperam que dentro dos dados do LAT haja um padrão de emissão dipolo que possa ser detectado em raios gama.
Devido aos efeitos da relatividade especial e à natureza de alta energia dos raios gama, este dipolo deveria ser cinco vezes mais proeminente nestes dados do que na luz de microondas de baixa energia da CMB. A equipe encontrou algo semelhante a esse padrão, mas não no local que esperava.
“Encontramos um dipolo de raios gama, mas seu pico está no céu meridional, longe da CMB [peak]“O seu tamanho é 10 vezes maior do que esperávamos do nosso movimento”, disse o membro da equipa Chris Schrader, astrofísico da Universidade Católica da América. “Embora não seja o que procurávamos, suspeitamos que possa estar relacionado com uma característica semelhante relatada para raios cósmicos de energia superior.”
O dipolo correspondente é encontrado nas chuvas de partículas carregadas de alta energia que formam UHECRs à medida que chegam à Terra, que foram observadas pela primeira vez pelo Observatório Pierre Auger na Argentina em 2017.
Embora estas partículas carregadas sofram deflexões do campo magnético da Via Láctea e de outros campos magnéticos à medida que viajam em direção à Terra, e a força desta deflexão depende da energia e carga da partícula, o dipolo UHECR ainda atinge o pico em algum local. Semelhante ao local onde Kashlinski e seus colegas encontraram uma fonte de raios gama.
A equipa levanta a hipótese de que, devido a esta correlação in situ, os misteriosos raios gama e os raios UHECR estão provavelmente relacionados entre si, especialmente tendo em conta que fontes difusas produzem ambos os fenómenos.
Os astrónomos querem agora investigar a localização destas emissões para determinar a fonte, ou talvez as fontes, desta luz de energia ultra-alta e destas partículas de energia ultra-alta para ver se estão realmente ligadas e se representam um mistério cósmico. para ser resolvido ou resolvido. dois.
As descobertas da equipe foram apresentadas na 243ª reunião da Sociedade Astronômica Americana em Nova Orleans, Louisiana, por Kashlinsky e discutidas em papel Foi publicado na quarta-feira (10 de janeiro) no The Astrophysical Journal Letters.
