Com um telescópio especializado na Namíbia, uma equipe de pesquisadores liderada por DESY provou um certo tipo de estrela binária como um novo tipo de fonte para radiação gama cósmica de alta energia.
A Eta Carinae está localizado a 7500 anos-luz de distância, na constelação de Carina (a quilha do navio) no céu do sul e, com base nos dados coletados, emite raios gama com energias de até 400 gigaelectron-volts (GeV), cerca de 100 bilhões de vezes mais do que a energia da luz visível. A equipe liderada por Stefan Ohm, Eva Leser e Matthias Füßling, da DESY, está apresentando suas descobertas, feitas no sistema estereoscópico de alta energia do observatório de raios gama (H.E.S.S.), na revista Astronomy & Astrophysics. Uma animação multimídia que acompanha explica o fenômeno. “Com essas visualizações, queremos tornar tangível o fascínio da pesquisa”, enfatiza Christian Stegmann, diretor de física de astropartículas da DESY.
A Eta Carinae é um sistema binário de superlativos, composto por dois gigantes azuis, um cerca de 100 vezes e outro cerca de 30 vezes a massa do nosso sol. As duas estrelas orbitam-se a cada 5,5 anos em órbitas elípticas muito excêntricas, sua separação variando aproximadamente entre a distância de nosso Sol a Marte e do Sol a Urano. Ambas as estrelas gigantes lançam densos e supersônicos ventos estelares de partículas carregadas para o espaço. No processo, o maior dos dois perde uma massa equivalente ao nosso Sol inteiro em apenas 5000 anos ou mais. O menor produz um vento estelar rápido, viajando a velocidades em torno de onze milhões de quilômetros por hora (cerca de um por cento da velocidade da luz).
Uma enorme frente de choque é formada na região onde esses dois ventos estelares colidem, aquecendo o material ao vento a temperaturas extremamente altas. A cerca de 50 milhões de graus Celsius, esse assunto irradia intensamente na faixa de raios-X. As partículas do vento estelar não são quentes o suficiente para emitir radiação gama. “No entanto, regiões de choque como essa são tipicamente locais onde as partículas subatômicas são aceleradas por fortes campos eletromagnéticos predominantes”, explica Ohm, que é o chefe do H.S.S.E. grupo na DESY. Quando as partículas são aceleradas rapidamente, elas também podem emitir radiação gama. De fato, os satélites “Fermi”, operados pela agência espacial americana NASA, e AGILE, pertencentes à agência espacial italiana ASI, já detectaram raios gama energéticos de até 10 GeV vindos de Eta Carinae em 2009.
“Diferentes modelos foram propostos para explicar como essa radiação gama é produzida”, relata Füßling. “Pode ser gerado por elétrons acelerados ou por núcleos atômicos de alta energia”. Determinar qual desses dois cenários está correto é crucial: núcleos atômicos muito energéticos são responsáveis pela maior parte dos chamados Raios Cósmicos, uma chuva de granizo cósmica subatômica que atinge a Terra constantemente de todas as direções. Apesar de intensa pesquisa por mais de 100 anos, as fontes dos Raios Cósmicos ainda não são exaustivamente conhecidas. Como os núcleos atômicos eletricamente carregados são desviados pelos campos magnéticos cósmicos à medida que viajam pelo universo, a direção pela qual eles chegam à Terra não mais aponta para sua origem. Os raios gama cósmicos, por outro lado, não são desviados. Portanto, se os raios gama emitidos por uma fonte específica puderem se originar de núcleos atômicos de alta energia, um dos aceleradores de radiação cósmica de partículas mais procurados será identificado.
“No caso do Eta Carinae, os elétrons têm um tempo particularmente difícil de acelerar para altas energias, porque são constantemente desviados pelos campos magnéticos durante sua aceleração, o que os faz perder energia novamente”, diz Leser. “A radiação gama de alta energia começa acima da faixa de 100 GeV, o que é bastante difícil de explicar no Eta Carinae, devido à aceleração de elétrons”. Os dados de satélite já indicaram que Eta Carinae também emite radiação gama além de 100 GeV e H.E.S.S. agora conseguiu detectar essa radiação até energias de 400 GeV na época do próximo encontro dos dois gigantes azuis em 2014 e 2015. Isso faz da estrela binária o primeiro exemplo conhecido de uma fonte na qual radiação gama de alta energia é gerado colidindo ventos estelares.
“A análise das medições de radiação gama realizadas pelo HESS e pelos satélites mostra que a radiação pode ser melhor interpretada como o produto de núcleos atômicos rapidamente acelerados”, diz Ruslan Konno, estudante de doutorado da DESY, que publicou um estudo complementar, junto com cientistas da o Instituto Max Planck de Física Nuclear em Heidelberg. “Isso tornaria as regiões de choque dos ventos estelares em colisão um novo tipo de acelerador natural de partículas para os raios cósmicos”. Com o HESS, que recebeu o nome do descobridor de Cosmic Rays, Victor Franz Hess, e o próximo Cherenkov Telescope Array (CTA), o observatório de raios gama de próxima geração atualmente sendo construído nas terras altas do Chile, os cientistas esperam investigar esse fenômeno em mais detalhes e descubra mais fontes desse tipo.
Graças a observações detalhadas de Eta Carinae em todos os comprimentos de onda, as propriedades das estrelas, suas órbitas e ventos estelares foram determinadas com relativa precisão. Isso deu aos astrofísicos uma imagem melhor do sistema estelar binário e de sua história. Para ilustrar as novas observações da Eta Carinae, os astrofísicos da DESY produziram uma animação em vídeo juntamente com os especialistas em animação do premiado Laboratório de Comunicação Científica. As imagens geradas por computador estão próximas da realidade porque os parâmetros orbital, estelar e de vento medidos foram utilizados para esse fim. O aclamado artista multimídia Carsten Nicolai, que usa o pseudônimo de Alva Noto em seus trabalhos musicais, criou o som da animação.
“Acho a ciência e a pesquisa científica extremamente importantes”, diz Nicolai, que vê paralelos estreitos no trabalho criativo de artistas e cientistas. Para ele, o apelo deste trabalho também está na mediação artística dos resultados de pesquisas científicas: “particularmente o fato de não ser uma trilha sonora de filme, mas ter uma referência genuína à realidade”, enfatiza o músico e o artista. Juntamente com o som composto exclusivamente, essa colaboração única de cientistas, artistas de animação e músicos resultou em um trabalho multimídia que leva os espectadores a uma jornada extraordinária para uma super estrela dupla a cerca de 7500 anos-luz de distância.
DESY é um dos principais centros aceleradores de partículas do mundo e investiga a estrutura e a função da matéria – desde a interação de pequenas partículas elementares e o comportamento de novos nanomateriais e biomoléculas vitais até os grandes mistérios do universo. Os aceleradores e detectores de partículas que DESY desenvolve e constrói em suas localidades em Hamburgo e Zeuthen são ferramentas de pesquisa exclusivas. Eles geram a radiação de raios-X mais intensa do mundo, aceleram partículas para registrar energias e abrir novas janelas para o universo. DESY é membro da Associação Helmholtz, a maior associação científica da Alemanha, e recebe seu financiamento do Ministério Federal de Educação e Pesquisa da Alemanha (BMBF) (90%) e dos estados federais alemães de Hamburgo e Brandemburgo (10%).
Publicado em 03/07/2020 18h12
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