Terzan 5 é um denso aglomerado estelar que atravessa 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 estelar que atualmente atravessa nossa galáxia a uma velocidade vertiginosa.
Essa estranheza estelar nos permitiu estudar o comportamento dos raios cósmicos – partículas de alta energia cujos caminhos erráticos pelo espaço têm confundido os astrônomos desde sua descoberta em 1912.
Ao observar a radiação produzida pelos raios cósmicos de Terzan 5, alcançamos uma novidade científica: medindo a rapidez com que essas partículas mudam de direção devido a flutuações nos campos magnéticos interestelares. Nossa pesquisa é publicado hoje na Nature Astronomy.
Radiação de movimento rápido do espaço sideral
Raios cósmicos são algo que ninguém esperava que existisse. Quando a radioatividade foi descoberta pela primeira vez na década de 1890, os cientistas achavam que todas as fontes de radiação estavam na Terra.
Mas em 1912, o físico austro-americano Victor Hess mediu o nível de radiação ambiente em um balão de alta altitude e descobriu que era muito mais alto do que no nível do solo, mesmo durante um eclipse quando o Sol estava bloqueado. Isso significava que a radiação tinha que 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. Essas partículas atravessam o espaço interestelar e, graças às suas altas energias, uma pequena fração delas pode penetrar na atmosfera superior, como Hess descobriu.
Mas não podemos dizer facilmente de onde eles vêm. Raios cósmicos são partículas carregadas, o que significa que sua direção de viagem muda quando encontram um campo magnético.
A imagem estática do cosmos dos raios cósmicos
O efeito de deflexão magnética fornece a tecnologia básica para monitores e televisores antigos de tubo de raios catódicos (CRT), que o usam para direcionar elétrons em direção à tela para criar uma imagem. O espaço interestelar é cheio de campos magnéticos, e esses campos estão constantemente flutuando, desviando raios cósmicos em direções aleatórias – como um CRT quebrado em uma TV antiga que só mostra estática.
Então, em vez de raios cósmicos virem diretamente para nós de sua fonte como a luz, eles acabam se espalhando quase uniformemente pela galáxia. Aqui na Terra, nós os vemos vindo quase igualmente de todas as direções no céu.
Embora agora entendamos esse quadro geral, a maioria dos detalhes está faltando. 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 entendemos a fonte final das flutuações magnéticas. Ou não entendíamos, até agora.
Terzan 5 e os raios gama deslocados
É aí que entra Terzan 5. Este aglomerado de estrelas é um produtor abundante de raios cósmicos, porque contém uma grande população de estrelas de 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 a esses campos magnéticos flutuantes. No entanto, podemos ver um sinal revelador de sua presença: alguns dos raios cósmicos colidem com fótons de luz estelar e os convertem em energia alta. sem carga partículas chamadas raios gama.
Os raios gama viajam na mesma direção que o raio cósmico que os criou, mas, diferentemente dos raios cósmicos, os raios gama não são desviados por campos magnéticos. Eles podem viajar em linha reta e atingir a Terra.
Por causa desse efeito, frequentemente vemos raios gama vindos de fontes poderosas de raios cósmicos. Mas em Terzan 5, por algum motivo, os raios gama não se alinham exatamente com as posições das estrelas. Em vez disso, eles parecem estar vindo de uma região a cerca de 30 anos-luz de distância, onde não há 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 não está sempre. O aglomerado de estrelas está, na verdade, se movendo em uma órbita muito ampla que o mantém longe do plano da galáxia na maior parte do tempo.
Acontece que ele está mergulhando pela galáxia agora mesmo. Como esse mergulho acontece a centenas de quilômetros por segundo, o aglomerado varre um manto de campos magnéticos ao redor de si, como a cauda de um cometa mergulhando pelo vento solar.
Os raios cósmicos lançados pelo aglomerado inicialmente viajam 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 irradiados 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 suas direções começam a mudar.
Eventualmente, alguns deles começam a apontar para nós, produzindo raios gama que podemos ver. Mas isso leva cerca de 30 anos, e é por isso que os raios gama não parecem estar vindo do próprio aglomerado.
Quando um número suficiente deles estiver apontando para nós, a ponto de seus raios gama serem brilhantes o suficiente para serem visíveis, eles terão viajado 30 anos-luz pela cauda magnética do aglomerado.
Raios cósmicos e campos magnéticos interestelares
Então, graças ao Terzan 5, pela primeira vez conseguimos medir quanto tempo leva para que as flutuações magnéticas mudem as direções dos raios cósmicos. Podemos usar essa informação para testar teorias sobre como os campos magnéticos interestelares funcionam e de onde vêm suas flutuações.
Isso nos aproxima muito mais da compreensão da misteriosa radiação espacial descoberta por Hess há mais de 100 anos.
(Autor:Marcos KrumholzProfessor, Escola de Pesquisa em 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 Centre (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.
(Com exceção do título, esta história não foi editada pela equipe da NDTV e é publicada a partir de um feed distribuído.)
