Explosões de raios gama de estrelas distantes, como mostrado na ilustração deste artista, são uma fonte possível das ultra-poderosas "partículas OMG" que ocasionalmente atingem os detectores de cientistas na Terra.
(Imagem: © NASA / SkyWorks Digital)
Paul Sutter é um astrofísico da Universidade Estadual de Ohio e o principal cientista do centro de ciências COSI. Sutter também é apresentador de "Ask a Spaceman" e "Space Radio", e lidera o AstroTours em todo o mundo. Sutter contribuiu com este artigo para Expert Voices: Op-Ed & Insights da Space.com.
Agora, enquanto você lê este texto, seu DNA está sendo fatiado por pequenas balas invisíveis. Os causadores de danos são conhecidos como raios cósmicos, mesmo que não sejam absolutamente raios - mas o nome ficou preso a um equívoco histórico. Em vez disso, são partículas: elétrons e prótons, principalmente, mas ocasionalmente coisas mais pesadas, como hélio ou mesmo núcleos de ferro.
Essas partículas cósmicas são um problema, porque a) são rápidas e, portanto, possuem muita energia cinética para movimentar eb) são carregadas eletricamente. Isso significa que eles podem ionizar nossos pobres nucleotídeos de DNA, rasgando-os e ocasionalmente levando a erros incontroláveis de replicação (também conhecido como câncer). [Eta Superstar 'Eta Carinae age como uma arma de raios cósmicos ginormous, mas por quê?]
Como se isso não bastasse, de vez em quando, aproximadamente uma vez por quilômetro quadrado por ano, uma partícula grita em nossa atmosfera superior a uma velocidade verdadeiramente monstruosa, batendo contra uma infeliz molécula de nitrogênio ou oxigênio e caindo em cascata em uma chuva de chuva. partículas secundárias de menor energia (mas ainda mortais, é claro).
Existe apenas uma resposta apropriada quando confrontada com uma partícula de tal potencial absurdo: "OMG".
Fastballs
"OMG" foi o apelido dado ao primeiro exemplo do que agora é conhecido como raios cósmicos de energia ultra alta, detectados em 1991 pelo detector de raios cósmicos Fly's Eye da Universidade de Utah. Esse próton único atingiu a nossa atmosfera, atingindo aproximadamente 99,999999999999999999999951 por cento a velocidade da luz. E não, todos esses noves não são apenas um efeito dramático para fazer o número parecer impressionante - foi realmente tão rápido. Essa partícula tinha a mesma quantidade de energia cinética de uma bola de beisebol decentemente jogada ... comprimida em um objeto do tamanho de um próton.
Isso significa que essa partícula tinha mais de 10 milhões de vezes mais energia do que o nosso colisor de partículas mais poderoso, o LHC, pode produzir. Devido à dilatação relativística do tempo, nessa velocidade, a partícula OMG poderia viajar para a estrela vizinha mais próxima, Proxima Centauri, em 0,43 milissegundos do tempo da partícula. Poderia continuar em nosso núcleo galáctico quando você terminar de ler esta frase (de sua própria perspectiva).
OMG, de fato.
Desde a detecção dessa partícula, continuamos observando o céu para esses eventos extremos usando telescópios e detectores especializados em todo o mundo. No total, registramos cerca de cem partículas da classe OMG nas últimas décadas.
Essas poucas dezenas de exemplos elucidam e aprofundam os mistérios de suas origens. Mais dados são sempre bons, mas o que diabos em nosso universo é poderoso o suficiente para dar a um próton uma fenda suficientemente boa que poderia quase - quase - desafiar a própria luz de uma corrida?
Knuckleballs
Para acelerar uma partícula carregada a velocidades insanas, você precisa de dois ingredientes principais: muita energia e um campo magnético. O campo magnético realiza o trabalho de transferir para a partícula quaisquer que sejam as energias do seu evento (por exemplo, a energia cinética explosiva de uma explosão de supernova ou a atração gravitacional em movimento enquanto a matéria cai em direção a um buraco negro). A física detalhada é, naturalmente, incrivelmente complicada e pouco compreendida. Os locais de nascimento dos raios cósmicos são terrivelmente complicados e estão localizados em regiões extremas do nosso universo, de modo que será difícil encontrar uma imagem física completa.
Mas ainda podemos adivinhar qual é a origem de exemplos extremos como nosso amigo, a partícula OMG. Nosso primeiro palpite pode ser supernovas, a morte titânica de estrelas massivas. Campos magnéticos? Verifica. Muita energia? Verifica. Mas não há energia suficiente para fazer o truque. Sua detonação estelar de variedade de jardim simplesmente não tem força suficiente para cuspir partículas nas velocidades que estamos considerando.
Qual é o próximo? Núcleos galácticos ativos são fortes candidatos. Esses núcleos são criados à medida que a matéria roda em torno de um buraco negro supermassivo situado no centro de uma galáxia; esse material comprime e aquece, formando um disco de acreção em seus momentos finais. Esse inferno sinuoso gera campos magnéticos intensos a partir de ações de dínamo, formando a potente mistura de ingredientes necessários para adicionar uma potência séria às partículas ejetadas.
Exceto (e você sabia que haveria um "exceto"), os núcleos galácticos ativos estão muito distantes para produzir raios cósmicos que atingem a Terra. Nas velocidades absurdas de um raio cósmico de energia ultra alta, cruzar o cosmos é mais como tentar atravessar uma tempestade de neve. Isso ocorre porque nessas velocidades o fundo cósmico de microondas - a inundação de fótons de baixa energia que sobraram do universo primitivo - parece altamente desviada para as energias mais altas. Então, essa luz de alta intensidade bate e golpeia o raio cósmico que viaja, diminuindo a velocidade e, eventualmente, parando-o.
Portanto, não devemos esperar que os raios cósmicos mais poderosos viajem mais do que cem milhões de anos-luz, aproximadamente - e a maioria dos núcleos galácticos ativos estão muito, muito mais longe de nós do que isso.
Curveballs
Por um bom tempo, um dos principais suspeitos da geração OMG foi o Centaurus A, um núcleo galáctico ativo relativamente próximo que fica a uma distância de 10 a 16 milhões de anos-luz de distância. Poderoso, magnético e próximo - a combinação perfeita. Mas enquanto algumas pesquisas sugerem que os raios cósmicos podem vir de sua direção geral, nunca houve uma correlação clara o suficiente para levar a galáxia de suspeita a condenada. [Um olhar profundo sobre a estranha galáxia Centaurus A]
Parte do problema é que o próprio campo magnético da Via Láctea altera sutilmente a trajetória dos raios cósmicos recebidos, disfarçando suas direções originais. Portanto, para reconstruir a fonte de um raio cósmico, você também precisa de modelos para a força e as direções do campo magnético de nossa galáxia - algo em que não temos exatamente um controle completo.
Se o gerador OMG não é o Centaurus A por si só, então talvez sejam as galáxias de Seyfert, uma certa subclasse galáctica de núcleos galácticos ativos geralmente mais próximos, geralmente mais fracos (mas ainda incrivelmente brilhantes e fortes). Mas, novamente, com nem cem amostras para tirar, é difícil fazer uma determinação estatística rigorosa.
Talvez sejam rajadas de raios gama, pensadas para emanar do fim cataclísmico peculiar para algumas das estrelas mais extremas. Mas nossa compreensão da física dessa situação é (você pode acreditar?) Um pouco superficial.
Talvez seja algo mais exótico, como defeitos topológicos dos primeiros momentos do Big Bang ou algumas interações descoladas na matéria escura. Talvez estejamos enganando a física e nossos cálculos de limite de distância não sejam precisos. Talvez, talvez, talvez ...
As verdadeiras origens dessas partículas "OMG" de energia ultra alta são difíceis de determinar e, apesar de quase 30 anos de histórico de detecção, não temos muitas respostas firmes. O que é bom - é bom ter pelo menos alguns mistérios restantes no universo. Os astrofísicos também poderiam usar alguma segurança no emprego.
Saiba mais ouvindo o episódio no podcast "Ask A Spaceman", disponível no iTunes e na web em http://www.askaspaceman.com. Obrigado a hchrissscottt pelas perguntas que levaram a esta peça! Faça sua própria pergunta no Twitter usando #AskASpaceman ou seguindo Paul @PaulMattSutter e facebook.com/PaulMattSutter. Siga-nos em @Spacedotcom, Facebook e Google+. Artigo original no Space.com.
