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Este modelo do halo de raios gama de Geminga mostra como a emissão muda em diferentes energias, resultado de dois efeitos. O primeiro é o movimento rápido do pulsar através do espaço ao longo da década que o Telescópio de Grande Área de Fermi observou. Segundo, as partículas de energia mais baixa viajam muito mais longe do pulsar antes de interagirem com a luz das estrelas e aumentá-lo para as energias de raios gama. É por isso que a emissão de raios gama cobre uma área maior com energias mais baixas. Um GeV representa 1 bilhão de elétron-volts - bilhões de vezes a energia da luz visível. Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA / M. Di Mauro
O Telescópio Espacial Fermi de raios gama da NASA descobriu um brilho fraco, mas amplo, de alta energia em torno de um pulsar próximo. Se visível ao olho humano, esse "halo" de raios gama pareceria cerca de 40 vezes maior no céu que uma lua cheia. Essa estrutura pode fornecer a solução para um mistério de longa data sobre a quantidade de antimatéria em nossa vizinhança.
"Nossa análise sugere que esse mesmo pulsar pode ser responsável por um quebra-cabeça de uma década sobre por que um tipo de partícula cósmica é extraordinariamente abundante perto da Terra", disse Mattia Di Mauro, astrofísico da Universidade Católica da América em Washington e Goddard Space da NASA. Centro de voo em Greenbelt, Maryland. "Estes são pósitrons, a versão antimatéria dos elétrons, vindos de algum lugar além do sistema solar".
Um artigo detalhando as descobertas foi publicado na revista Physical Review D em 17 de dezembro e está disponível online .
Uma estrela de nêutrons é o núcleo esmagado deixado para trás quando uma estrela muito mais massiva que o Sol fica sem combustível, entra em colapso com seu próprio peso e explode como uma supernova. Vemos algumas estrelas de nêutrons como pulsares, objetos que giram rapidamente emitindo raios de luz que, como um farol, varrem regularmente nossa linha de visão.
Geminga (descoberto geh-MING-ga), descoberto em 1972 pelo Small Astronomy Satellite 2 da NASA, está entre os pulsares mais brilhantes dos raios gama. Está localizado a cerca de 800 anos-luz de distância, na constelação de Gêmeos. O nome de Geminga é ao mesmo tempo uma brincadeira com a frase "fonte de raios gama Gemini" e a expressão "não existe" - referindo-se à incapacidade dos astrônomos de encontrar o objeto em outras energias - no dialeto de Milão, na Itália.
Geminga foi finalmente identificada em março de 1991, quando os raios X tremulantes captados pela missão alemã ROSAT revelaram que a fonte era um pulsar girando 4,2 vezes por segundo.
Vídeo: https://youtu.be/BInimiulZQk
Um pulsar naturalmente se envolve com uma nuvem de elétrons e pósitrons. Isso ocorre porque o intenso campo magnético da estrela de nêutrons puxa as partículas da superfície do pulsar e as acelera quase à velocidade da luz.
Elétrons e pósitrons estão entre as partículas rápidas conhecidas como raios cósmicos, que se originam além do Sistema Solar. Como as partículas de raios cósmicos carregam uma carga elétrica, seus caminhos se embaralham quando encontram campos magnéticos em sua jornada para a Terra. Isso significa que os astrônomos não podem rastreá-los diretamente de volta às suas fontes.
Na última década, as medições de raios cósmicos feitas por Fermi, o Espectrômetro Magnético Alfa da NASA (AMS-02) a bordo da Estação Espacial Internacional, e outros experimentos espaciais perto da Terra viram mais pósitrons em altas energias do que os cientistas esperavam. Pulsares próximos, como Geminga, eram os principais suspeitos.
Então, em 2017, cientistas do Observatório de Raios Gama de Água de Alta Altitude Cherenkov (HAWC) perto de Puebla, México, confirmaram detecções anteriores no solo de um pequeno halo de raios gama em torno de Geminga. Eles observaram essa estrutura com energias de 5 a 40 trilhões de elétrons-volts - luz com trilhões de vezes mais energia do que nossos olhos podem ver.
Os cientistas acham que essa emissão ocorre quando elétrons e pósitrons acelerados colidem com a luz das estrelas próxima. A colisão aumenta a luz para energias muito mais altas. Com base no tamanho do halo, a equipe da HAWC concluiu que os pósitrons de Geminga nessas energias raramente atingem a Terra. Se for verdade, isso significaria que o excesso observado de pósitrons deve ter uma explicação mais exótica.
Mas o interesse pela origem pulsar continuou e Geminga estava na frente e no centro. Di Mauro liderou uma análise de uma década dos dados de raios gama Geminga adquiridos pelo Telescópio de Grande Área (LAT) da Fermi, que observa luz de menor energia que o HAWC.
As partículas que viajam próximas à velocidade da luz podem interagir com a luz das estrelas e aumentá-la para as energias de raios gama. Esta animação mostra o processo, conhecido como dispersão inversa de Compton. Quando a luz varia de microondas a comprimentos de onda ultravioleta colide com uma partícula em movimento rápido, a interação a impulsiona para raios gama, a forma mais energética de luz. Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA
"Para estudar o halo, tivemos que subtrair todas as outras fontes de raios gama, incluindo luz difusa produzida por colisões de raios cósmicos com nuvens de gás interestelares", disse a co-autora Silvia Manconi, pesquisadora de pós-doutorado na Universidade RWTH Aachen, na Alemanha. "Exploramos os dados usando 10 modelos diferentes de emissão interestelar".
O que restou quando essas fontes foram removidas foi um brilho vasto e oblongo que se estendia por cerca de 20 graus no céu, a uma energia de 10 bilhões de elétron-volts (GeV). É semelhante ao tamanho do famoso padrão de estrelas da Ursa Maior - e a auréola é ainda maior com energias mais baixas.
"As partículas de energia mais baixa viajam muito mais longe do pulsar antes de entrarem na luz das estrelas, transferem parte de sua energia para ele e aumentam a luz para os raios gama . É por isso que a emissão de raios gama cobre uma área maior com energias mais baixas" explicou o co-autor Fiorenza Donato no Instituto Nacional Italiano de Física Nuclear e na Universidade de Turim. "Além disso, o halo de Geminga é alongado em parte por causa do movimento do pulsar no espaço".
A equipe determinou que os dados Fermi LAT eram compatíveis com as observações anteriores da HAWC. Geminga sozinho pode ser responsável por até 20% dos pósitrons de alta energia vistos no experimento AMS-02. Extrapolando isso para a emissão cumulativa de todos os pulsares em nossa galáxia, os cientistas dizem que é claro que os pulsares continuam sendo a melhor explicação para o excesso de pósitrons.
"Nosso trabalho demonstra a importância de estudar fontes individuais para prever como elas contribuem para os raios cósmicos", disse Di Mauro. "Este é um aspecto do emocionante novo campo chamado astronomia multimessenger, onde estudamos o Universo usando vários sinais, como raios cósmicos , além da luz".
Explorar mais
Mais informações: Mattia Di Mauro et al. Detecção de um halo de raios γ em torno de Geminga com os dados Fermi-LAT e implicações para o fluxo de pósitrons, Physical Review D (2019). DOI: 10.1103 / PhysRevD.100.123015
Informações da revista: Revisão Física D
Fornecido pela NASA
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Hélio
R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de
conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).
Membro
da Society for Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos
da NASA (National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space
Agency).
Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações
de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy
System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica
Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do
projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação
Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este
projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado
pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of
State.
e-mail:
heliocabral@coseno.com.br
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