Cientistas usaram dados da missão Magnetospheric Multiscale (MMS) liderada pelo Southwest Research Institute para explicar a presença de elementos energéticos pesados nos raios cósmicos galácticos (GCRs). Os GCRs são compostos de partículas energéticas de movimento rápido, principalmente íons de hidrogênio chamados prótons, os elementos mais leves e abundantes do universo. Os cientistas debateram por muito tempo como traços de íons pesados em GCRs são acelerados.
A explosão de uma supernova de uma estrela moribunda cria ondas de choque massivas que se propagam pelo espaço circundante, acelerando íons em seu caminho para energias muito altas, criando GCRs. A forma como os íons pesados são energizados e acelerados é importante porque eles afetam a redistribuição de massa por todo o universo e são essenciais para a formação de elementos ainda mais pesados e quimicamente complexos. Eles também influenciam como percebemos as estruturas astrofísicas.
“Os íons pesados são considerados insensíveis a uma onda de choque que chega porque são menos abundantes e a energia de choque é consumida de forma esmagadora pela preponderância dos prótons. Visualize em pé na praia enquanto as ondas movem a areia sob seus pés, enquanto você permanece no lugar “, disse o Dr. Hadi Madanian do SwRI, o principal autor do artigo sobre esta pesquisa publicada no Astrophysical Journal Letters. “No entanto, essa visão clássica de como os íons pesados se comportam sob condições de choque nem sempre é o que vimos em observações MMS de alta resolução do ambiente espacial próximo à Terra.”
Os fenômenos de choque também ocorrem no ambiente próximo à Terra. O campo magnético do Sol é conduzido pelo espaço interplanetário pelo fluxo supersônico do vento solar, que é obstruído e desviado pela magnetosfera terrestre, uma bolha de proteção ao redor de nosso planeta natal. Essa região de interação é chamada de choque de proa devido à sua forma curva, comparável às ondas da proa que ocorrem quando um barco viaja na água. O choque de proa da Terra se forma em uma escala muito menor do que os choques de supernova. No entanto, às vezes, as condições desse pequeno choque se assemelham às dos remanescentes de supernovas. A equipe usou medições in-situ de alta resolução da espaçonave MMS no choque de proa para estudar como os íons pesados são acelerados.
“Observamos a amplificação intensa do campo magnético perto do choque de proa, uma propriedade conhecida associada a choques fortes, como restos de supernova. Em seguida, analisamos como diferentes espécies de íons se comportaram quando encontraram o choque de proa”, disse Madanian. “Descobrimos que esses campos aprimorados modificam significativamente a trajetória de íons pesados, redirecionando-os para a zona de aceleração do choque.”
Embora não se esperasse que esse comportamento ocorresse com íons pesados, a equipe identificou evidências diretas desse processo em partículas alfa, íons de hélio que são quatro vezes mais massivos que os prótons e têm o dobro da carga.
“A excelente resolução das observações MMS nos deu uma imagem muito mais clara de como uma onda de choque energiza os elementos pesados. Seremos capazes de usar esse novo entendimento para melhorar nossos modelos de computador de aceleração de raios cósmicos em choques astrofísicos”, disse David Burgess, professor de matemática e astronomia na Queen Mary University of London e co-autor do artigo. “As novas descobertas têm implicações significativas para a composição dos raios cósmicos e os espectros de radiação observados de estruturas astrofísicas.”
Publicado em 09/07/2021 00h53
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