Buracos negros podem manter a chave para um mistério cósmico de 60 anos

Curiosamente, “raios cósmicos” não são na verdade raios – esse nome tem razões históricas – mas pequenas partículas, principalmente núcleos atômicos, que são acelerados a enormes energias em algum lugar do universo. Embora suas fontes ainda não estejam totalmente compreendidas, elas provavelmente estão associadas a alguns dos ambientes mais extremos do universo, como buracos negros, supernovas ou estrelas de nêutrons rotativas (um tipo de estrela morta).

Mas ocasionalmente os raios cósmicos têm energia muito maior do que o normal. Sabemos sobre isso desde 1962, mas ainda não temos idéia do porquê.

Também não sabemos de onde vem essa radiação cósmica ultra-alta.

Agora, a pesquisa da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia (NTNU) pode ter encontrado a resposta a essa grande pergunta sem resposta na física.

Buracos negros supermassivos podem ser a causa

Foteini Oikonomou, professor associado do Departamento de Física da NTNU, está trabalhando no caso. Em um artigo recente, ela e seus colegas apresentam uma explicação completamente nova e plausível para esta radiação de energia ultra-alta.

O autor principal é o colega de pesquisa de doutorado Domenik Ehlert, do mesmo departamento. A equipe também inclui o companheiro de pós -doutorado Enrico Peretti da Université Paris Cité. O trabalho deles se concentra na física das astropartículas, que estuda a relação entre as menores partículas do universo e os maiores fenômenos do universo.

“Suspeitamos que essa radiação de alta energia seja criada por ventos a partir de buracos negros supermassivos”, disse Oikonomou.

Mas o que diabos isso significa?

Buracos negros ativos criam ventos

A Via Láctea é o bairro do universo onde você e eu moramos. Nosso sistema solar e solar fazem parte dessa galáxia, juntamente com pelo menos 100 bilhões de outras estrelas.

“Há um buraco negro chamado Sagitário-A* localizado bem no centro da Via Láctea. Este buraco negro está atualmente em uma fase silenciosa, onde não está consumindo estrelas, pois não há matéria suficiente nas proximidades”, disse Peretti.

Isso contrasta com os buracos negros crescentes, supermassivos e ativos que consomem até várias vezes a massa de nosso próprio sol a cada ano.

“Uma pequena porção do material pode ser afastada pela força do buraco negro antes de ser puxado. Como resultado, cerca de metade desses buracos negros supermassivos criam ventos que se movem pelo universo a metade da velocidade da luz”, disse Peretti.

Sabemos sobre esses ventos gigantescos há aproximadamente dez anos. Os ventos desses buracos negros podem afetar as galáxias. Ao soprar gases, eles podem impedir que novas estrelas se formem, por exemplo. Isso é dramático o suficiente em si, mas Oikonomou e seus colegas olharam para outra coisa, muito menores, que esses ventos poderiam ser a causa de “.

É possível que esses ventos poderosos acelerem as partículas que criam a radiação de energia ultra-alta “, disse Ehlert.

Para entender isso, também precisamos explicar um pouco sobre átomos.

Átomos e enormes quantidades de energia

Os átomos consistem em um núcleo, composto de prótons e nêutrons. Essas partículas são compostas de quarks, mas não precisamos entrar nisso agora.

Um ou mais elétrons podem ser encontrados em torno desse núcleo na chamada nuvem.

“A radiação ultra-alta consiste em prótons ou núcleos atômicos com energia de até 1020 volts de elétrons”, explicou Oikonomou.

Se esse número não significa nada para você, você deve saber que, nesse contexto, é uma quantidade absolutamente enorme de energia.

“Uma partícula como essa, que é menor que um átomo, contém tanta energia quanto uma bola de tênis quando Serena Williams o serve a 200 quilômetros por hora”, disse Oikonomou.

Corresponde a aproximadamente um bilhão de vezes mais energia do que as partículas criadas pelos pesquisadores do grande colisor de Hadron, na Suíça e na França.

Felizmente, esses raios cósmicos são destruídos pela atmosfera da Terra. Quando atingem o nível do solo, são tão inofensivos quanto toda a outra radiação cósmica que nos chega na superfície da Terra.

“Mas para os astronautas, a radiação cósmica é um problema muito sério”, disse Oikonomou.

As equipes de companhias aéreas não precisam se preocupar com isso porque não voam bem o suficiente.

“A principal preocupação para os astronautas é a radiação cósmica de baixa energia produzida pelo nosso próprio sol, porque é muito mais comum. Os raios que estudamos são pouco frequentes o suficiente para que seja extremamente improvável que eles passem por um astronauta”, disse ela.

Outros suspeitos

Anteriormente, os pesquisadores analisaram se essas partículas de alta energia vêm de rajadas de raios gama, de galáxias que estão criando novas estrelas a uma taxa extremamente alta, ou a partir de saídas de plasma de buracos negros supermassivos.

No entanto, Oikonomou e seus colegas têm outra hipótese.

“Todas as outras hipóteses são muito boas suposições – todas são fontes que contêm muita energia. Mas ninguém forneceu evidências de que qualquer uma delas é a fonte. Foi por isso que decidimos investigar os ventos dos supermassivos buracos negros”, disse Ehlert.

Culpado? Talvez

Então, o que realmente sabemos? São os ventos que criam as partículas de alta energia na radiação cósmica?

“Nossa resposta é mais cautelosa ‘talvez'”, disse Oikonomou.

Isso não parece particularmente dramático. No entanto, quando os pesquisadores fazem perguntas como essa, geralmente sentem uma sensação de excitação e pensam “sim, esse pode ser o caso!”, Mas isso não significa que seja o caso nesse caso.

“Descobrimos que as condições relacionadas a esses ventos se alinham particularmente bem com a aceleração de partículas. Mas ainda não podemos provar que são especificamente esses ventos que aceleram as partículas por trás da radiação cósmica de alta energia”, disse Oikonomou.

No entanto, o modelo que os pesquisadores estão usando pode explicar um aspecto específico dessas partículas que ainda não entendemos. Dentro de uma certa faixa de energia, as partículas têm uma composição química que outros modelos não podem explicar de maneira significativa.

“Também podemos testar o modelo usando experimentos de neutrinos”, disse Oikonomou.

Isso, no entanto, é algo para um artigo completamente diferente.

“Nos próximos anos, esperamos colaborar com os astrônomos de neutrinos para testar nossa hipótese”, disse Oikonomou. Talvez eles encontrem mais evidências, de uma maneira ou de outra.