Os astrônomos observam um pulsar próximo com uma estranha auréola ao redor. Esse pulsar pode responder a uma pergunta que intriga os astrônomos por algum tempo. O pulsar é chamado Geminga, e é um dos pulsares mais próximos da Terra, a cerca de 800 anos-luz de distância na constelação de Gêmeos. Não é apenas perto da Terra, mas Geminga também é muito brilhante em raios gama.
O halo em si é invisível aos nossos olhos, obviamente, uma vez que está nos comprimentos de onda gama. (O Telescópio Espacial Fermi de raios gama da NASA o descobriu.) Mas é grande, cobrindo tanto céu quanto 40 luas cheias.
A auréola pode ser responsável por algumas coisas em nosso próprio bairro: há uma abundância de anti-matéria perto da Terra, e sua presença tem intrigado os cientistas há uma década.
"Nossa análise sugere que esse mesmo pulsar pode ser responsável por um quebra-cabeça de uma década sobre por que um tipo de partícula cósmica é extraordinariamente abundante perto da Terra", disse Mattia Di Mauro, astrofísico da Universidade Católica da América em Washington e Goddard Space da NASA Centro de voo em Greenbelt, Maryland. "Estes são pósitrons, a versão antimatéria dos elétrons, vindos de algum lugar além do sistema solar."
Um pulsar é o remanescente de uma estrela massiva que se tornou supernova. Geminga é o resultado de uma explosão de supernova há cerca de 300.000 anos atrás na constelação de Gêmeos. É uma estrela de nêutrons rotativa que é orientada de uma certa maneira em direção à Terra, para que sua energia seja direcionada a nós como um farol arrebatador.
Um pulsar é naturalmente cercado por uma nuvem de elétrons e pósitrons. Isso ocorre porque uma estrela de nêutrons tem um intenso campo eletromagnético, o mais forte de qualquer objeto conhecido. O campo super forte puxa as partículas da superfície do pulsar e as acelera até a velocidade da luz.
Essas partículas em movimento rápido, incluindo elétrons e seus equivalentes antimatéria, pósitrons, são raios cósmicos. Como os raios cósmicos carregam uma carga elétrica, eles estão sujeitos aos efeitos dos campos magnéticos. Assim, quando os raios cósmicos chegam à Terra, os astrônomos não conseguem identificar sua fonte.
Durante a última década, diferentes observatórios e experimentos detectaram mais positrons de alta energia em nossa vizinhança do que o esperado. O Telescópio Espacial Fermi de raios gama da NASA, o Espectrômetro Magnético Alfa da NASA e outras experiências os detectaram. Os cientistas esperavam que os pulsares próximos, incluindo Geminga, fossem a fonte. Mas, devido à maneira como esses pósitrons são afetados pelos campos magnéticos, não foi possível provar.
Até 2017.
Naquele ano, o Observatório de Raios Gama de Água de Alta Altitude Cherenkov (HAWC) confirmou o que algumas detecções terrestres haviam encontrado: um pequeno mas intenso halo de raios gama em torno de Geminga. O HAWC detectou energias na estrutura do halo de 5 - 40 TeV, ou Volts Teraelétron. Isso é luz com trilhões de vezes mais energia do que nossos olhos podem ver.
Inicialmente, os cientistas pensaram que o halo de alta energia é causado por elétrons acelerados e pósitrons colidindo com a luz das estrelas, o que aumentaria sua energia e os tornaria super brilhantes. Quando uma partícula carregada transfere parte de sua energia para um fóton, isso é chamado de espalhamento Inverso-Compton.
Mas a equipe que usou o HAWC para observar Geminga e sua auréola chegou a uma conclusão: esses pósitrons de alta energia raramente alcançariam a Terra, com base no tamanho da auréola. Portanto, tinha que haver outra explicação para a abundância de pósitrons perto da Terra.
Os cientistas que estudavam a presença de pósitrons perto da Terra ainda não tiraram os pulsares da lista. E como um pulsar próximo e brilhante, Geminga ainda chamava a atenção deles.
Mattia Di Mauro liderou uma pequena equipe de cientistas que estudam os dados de Geminga em uma década no Telescópio de Grande Área de Fermi (LAT). O LAT observa uma luz de energia mais baixa que o HAWC. Di Mauro é o principal autor de um novo estudo apresentando essas descobertas. O estudo é intitulado "Detecção de um halo de raio-x em torno de Geminga com os dados Fermi-LAT e implicações para o fluxo de pósitrons". O artigo está publicado na revista Physics Review.
Um dos co-autores do artigo é Silvia Manconi, pesquisadora de pós-doutorado na Universidade RWTH Aachen, na Alemanha. Em um comunicado à imprensa, Manconi disse: “Para estudar o halo, tivemos que subtrair todas as outras fontes de raios gama, incluindo luz difusa produzida por colisões de raios cósmicos com nuvens de gás interestelares. Exploramos os dados usando 10 modelos diferentes de emissão interestelar. ”
Depois que a equipe subtraiu todas as outras fontes de raios gama no céu, os dados revelaram uma vasta estrutura oblonga; uma auréola em torno de Geminga. A estrutura de alta energia cobria 20 graus no céu a 20 bilhões de elétron-volts e uma área ainda maior com energias mais baixas.
O co-autor do estudo, Fiorenza Donato, é do Instituto Nacional Italiano de Física Nuclear e da Universidade de Turim. No comunicado à imprensa, Donato disse: “As partículas de energia mais baixa viajam muito mais longe do pulsar antes de entrarem na luz das estrelas, transferir parte de sua energia para ele e aumentar a luz para os raios gama. É por isso que a emissão de raios gama cobre uma área maior com energias mais baixas ”, explicou Donato. "Além disso, o halo de Geminga é alongado em parte por causa do movimento do pulsar no espaço".
A equipe comparou os dados do LAT com os do HAWC e concluiu que os conjuntos de dados correspondiam. Eles também descobriram que Geminga, próxima e brilhante, poderia ser responsável por até 20% dos pósitrons de alta energia que o experimento AMS-02 observou. Extrapolando disso para todas as emissões cumulativas de pulsares na Via Láctea, a equipe diz que os pulsares continuam sendo a melhor explicação para o mistério original: a fonte de todos os pósitrons próximos à Terra.
"Nosso trabalho demonstra a importância de estudar fontes individuais para prever como elas contribuem para os raios cósmicos", disse Di Mauro. "Este é um aspecto do novo e empolgante campo chamado astronomia multimessenger, onde estudamos o universo usando vários sinais, como raios cósmicos, além da luz".
Mais:
- Comunicado de imprensa: Missão Fermi da NASA vincula o raio gama Halo do Pulsar ao quebra-cabeça de antimatéria
- Trabalho de Pesquisa: Detecção de um halo de raios-X ao redor de Geminga com os dados Fermi-LAT e implicações para o fluxo de pósitrons
- Wikipedia: Compton Dispersão
