Em 2010, os astrônomos que trabalham com o telescópio espacial de raios gama Fermi anunciaram a descoberta de duas bolhas gigantes. Essas bolhas estavam centradas no núcleo da Via Láctea, mas se estendiam acima e abaixo do plano de nossa casa galáctica por mais de 25.000 anos-luz. Suas origens ainda são um mistério, mas, por mais que tenham chegado lá, estão emitindo grandes quantidades de radiação de alta energia.
Mais recentemente, a matriz IceCube na Antártica relatou 10 neutrinos de super-energia de alta energia provenientes das bolhas, levando alguns astrofísicos a especular que algumas interações subatômicas loucas estão acontecendo. O resultado final: as bolhas Fermi são ainda mais misteriosas do que pensávamos.
Duas bolhas gigantes de gás quente
Não é fácil fazer grandes bolas de gás quente. Para começar, você precisa de energia, e muito disso. O tipo de energia que pode espalhar gás quente a uma distância de mais de 25.000 anos-luz não chega facilmente a uma galáxia típica. No entanto, a orientação peculiar das Bolhas de Fermi – estendendo-se uniformemente acima e abaixo do nosso centro galáctico – é uma forte pista de que elas podem estar ligadas ao nosso buraco negro supermassivo central, conhecido como Sagitário A *.
Talvez milhões de anos atrás, Sag A * (o nome mais comum para o nosso buraco negro gigante, porque quem quer continuar digitando ou dizendo “Sagitário” o tempo todo?) Fez uma refeição gigante e teve um caso grave de indigestão, com o material infalente esquentando, girando em uma dança complicada de forças elétricas e magnéticas e conseguindo escapar das garras do horizonte de eventos antes de cair. Esse material, energizado além da crença, correu para longe do centro da galáxia, pilotando jatos de partículas aceleradas até quase a velocidade da luz. Quando fugiram para a segurança, essas partículas se espalharam e diminuíram, mas mantiveram seu estado energético até os dias atuais.
Ou talvez uma estrela tenha andado muito perto de Sag A * e tenha sido despedaçada, liberando toda essa energia gravitacional potente em um único episódio violento, levando à formação de bolhas. Ou talvez não tenha nada a ver com o próprio Sag A *, mas a multidão de estrelas no núcleo – talvez dezenas ou centenas dessas estrelas densamente compactadas tenham supernova na mesma época, ejetando essas plumas de gás além dos limites da galáxia. Mais.
Ou talvez nenhuma das opções acima.
Não importa o que aconteça, as bolhas estão aqui, são grandes e nós não as entendemos.
Gama e o neutrino
Você não pode ver as bolhas Fermi a olho nu. Apesar de suas altas temperaturas, o gás dentro deles é incrivelmente fino, tornando-os praticamente invisíveis. Mas algo dentro deles é capaz de produzir o tipo de luz de maior energia que existe: raios gama, que é como a equipe da Fermi os viu.
Pensamos que os raios gama são produzidos dentro das bolhas pelos raios cósmicos, que são partículas de alta energia (você obtém o tema geral de “alta energia” aqui?). Essas partículas, principalmente elétrons, mas provavelmente alguns tipos mais pesados, também explodem, emitindo os distintos raios gama.
Mas os raios gama não são as únicas coisas que as partículas de alta energia podem produzir. Às vezes, os raios cósmicos interagem entre si, realizam uma dança subatômica complicada de matéria e energia e liberam um neutrino, uma partícula quase sem massa que só interage com outras partículas através da força nuclear fraca (o que significa que quase nunca interage com a matéria normal em absoluto).
O Observatório IceCube, situado no pólo sul geográfico, usa um quilômetro cúbico de gelo aquático puro da Antártica como um detector de neutrinos: de vez em quando, um neutrino de alta energia que passa através do gelo interage com uma molécula de água, criando um reação em cadeia semelhante a um dominó que leva a um banho de partículas mais familiares e a um flash revelador de luz.
Devido à natureza de seus detectores, o IceCube não é o melhor quando se trata de identificar a localização exata de origem de um neutrino. Mas até o momento, ele encontrou 10 desses pequenos fantasmas vindos aproximadamente da direção das duas bolhas Fermi.
Isso é coincidência ou conspiração?
Um quebra-cabeça subatômico
Então, algo poderia estar produzindo esses neutrinos extremamente exóticos dentro das bolhas Fermi. Ou não – poderia ser apenas uma coincidência, e os neutrinos estão realmente vindo de alguma parte distante do universo por trás dos Bubbles.
Além disso, de alguma forma, os raios cósmicos estão produzindo todos os raios gama, embora não tenhamos certeza de como. Talvez tenhamos sorte: talvez exista um único conjunto de interações dentro do Bubbles que produza raios gama e o tipo certo de neutrinos que pode ser detectado pelo IceCube. Isso seria um grande passo na explicação da física das próprias Bolhas e nos daria uma pista enorme de suas origens.
Recentemente, uma equipe de pesquisadores examinou os dados disponíveis, inclusive adicionando resultados do recém-operacional detector de alta altitude Water Cherenkov (um incrível telescópio de raios gama terrestre) e combinou essas informações com vários modelos teóricos para o Bubbles, pesquisando para a combinação certa.
Em um cenário possível, os prótons dentro do Bubbles ocasionalmente se chocam e produzem pions, que são partículas exóticas que se decompõem rapidamente em raios gama. Em outro, a inundação de elétrons de alta energia no Bubbles interage com a radiação sempre presente do fundo cósmico de microondas, impulsionando alguns fótons de sorte para o regime gama. Em um terceiro, ondas de choque nas bordas externas das Bolhas usam campos magnéticos para conduzir partículas locais, mas letárgicas, a altas velocidades, que então começam a emitir raios cósmicos.
Mas, por mais que tentem, os autores deste estudo não conseguiram encontrar nenhum dos cenários (ou qualquer combinação desses cenários) para ajustar todos os dados. Em resumo, ainda não sabemos o que impulsiona a emissão de raios gama dos Bubbles, se os Bubbles também produzem neutrinos ou o que os produziu em primeiro lugar. Mas é exatamente assim que a ciência é feita: coletando dados, descartando hipóteses e seguindo adiante.
Publicado em 06/09/2019
Artigo original: https://www.livescience.com/fermi-bubbles-radiation-blob-mystery.html
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