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Imagem do Telescópio Espacial Hubble da NASA do Galaxy NGC 1068 com seu buraco negro ativo mostrado como uma ilustração na inserção ampliada. Um novo modelo sugere que a coroa em torno desses buracos negros supermassivos poderia ser a fonte de neutrinos cósmicos de alta energia observados pelo Observatório IceCube Neutrino. Crédito: NASA / JPL-Caltech
A origem dos neutrinos cósmicos de alta energia observados pelo Observatório IceCube Neutrino, cujo detector está enterrado nas profundezas do gelo antártico, é um enigma que deixou perplexos os físicos e astrônomos. Um novo modelo poderia ajudar a explicar o fluxo inesperadamente grande de alguns desses neutrinos inferidos por dados recentes de neutrinos e raios gama. Um artigo de pesquisadores da Penn State que descreve o modelo, que aponta para os buracos negros supermassivos encontrados nos núcleos de galáxias ativas como fontes desses misteriosos neutrinos, aparece em 30 de junho de 2020 na revista Physical Review Letters.
"Os neutrinos são partículas subatômicas tão pequenas que sua massa é quase zero e raramente interagem com outras matérias", disse Kohta Murase, professor assistente de física e astronomia e astrofísica da Penn State e membro do Center for Multimessenger Astrophysics no Institute for Gravitação e Cosmos (IGC), que lideraram a pesquisa. "Os neutrinos cósmicos de alta energia são criados por aceleradores energéticos de raios cósmicos no universo, que podem ser objetos astrofísicos extremos, como buracos negros e estrelas de nêutrons. Eles devem ser acompanhados por raios gamaou ondas eletromagnéticas com energias mais baixas e, às vezes, ondas gravitacionais. Portanto, esperamos que os níveis desses vários `mensageiros cósmicos 'que observamos estejam relacionados. Curiosamente, os dados do IceCube indicaram uma emissão excessiva de neutrinos com energias abaixo de 100 teraelétron-volt (TeV), em comparação com o nível de raios gama de alta energia correspondentes visto pelo Telescópio Espacial Fermi. "
Os cientistas combinam informações de todos esses mensageiros cósmicos para aprender sobre os eventos no universo e reconstruir sua evolução no crescente campo da "astrofísica multimessenger". Para eventos cósmicos extremos, como explosões estelares maciças e jatos de buracos negros supermassivos , que criam neutrinos, essa abordagem ajudou os astrônomos a identificar as fontes distantes e cada mensageiro adicional fornece pistas adicionais sobre os detalhes dos fenômenos.
Para neutrinos cósmicos acima de 100 TeV, pesquisas anteriores do grupo Penn State mostraram que é possível ter concordância com raios gama de alta energia e raios cósmicos de energia ultra alta que se encaixam em uma imagem multimessenger. No entanto, existem evidências crescentes de um excesso de neutrinos abaixo de 100 TeV, o que não pode ser simplesmente explicado. Muito recentemente, o Observatório IceCube Neutrino relatou outro excesso de neutrinos de alta energia na direção de uma das galáxias ativas mais brilhantes, conhecidas como NGC 1068, no céu do norte.
"Sabemos que as fontes de neutrinos de alta energia também devem criar raios gama, então a pergunta é: onde estão esses raios gama ausentes?" disse Murase. "As fontes estão de alguma forma ocultas da nossa visão nos raios gama de alta energia, e o orçamento de energia dos neutrinos liberados no universo é surpreendentemente grande. Os melhores candidatos a esse tipo de fonte têm ambientes densos, onde os raios gama seriam bloqueados por seus raios gama". interações com radiação e matéria, mas os neutrinos podem escapar facilmente. Nosso novo modelo mostra que os sistemas de buracos negros supermassivos são locais promissores e o modelo pode explicar os neutrinos abaixo de 100 TeV com requisitos energéticos modestos ".
O novo modelo sugere que a coroa - a aura de superhot plasma que envolve estrelas e outros corpos celestes - em torno de buracos negros supermassivos encontrados no núcleo das galáxias, poderia ser uma fonte. De forma análoga à coroa vista em uma imagem do Sol durante um eclipse solar, os astrofísicos acreditam que os buracos negros têm uma coroa acima do disco rotativo do material, conhecido como disco de acreção, que se forma em torno do buraco negro por sua influência gravitacional. Essa coroa é extremamente quente (com uma temperatura de cerca de um bilhão de graus kelvin), magnetizada e turbulenta. Nesse ambiente, as partículas podem ser aceleradas, o que leva a colisões de partículas que criariam neutrinos e raios gama, mas o ambiente é denso o suficiente para impedir a fuga de raios gama de alta energia.
"O modelo também prevê contrapartes eletromagnéticas das fontes de neutrinos em raios gama 'suaves' em vez de raios gama de alta energia", disse Murase. "Os raios gama de alta energia seriam bloqueados, mas esse não é o fim da história. Eles acabariam em cascata para energias mais baixas e liberados como raios gama 'suaves' na faixa de volt de megaelétrons, mas a maioria dos raios gama existentes detectores, como o telescópio espacial de raios gama Fermi, não são ajustados para detectá-los. "
Existem projetos em desenvolvimento que são projetados especificamente para explorar essas emissões moles de raios gama do espaço. Além disso, os detectores de neutrinos futuros e de próxima geração, o KM3Net no Mar Mediterrâneo e o IceCube-Gen2 na Antártica, serão mais sensíveis às fontes. Os alvos promissores incluem o NGC 1068 no céu do norte, para o qual foi relatada a emissão excessiva de neutrinos, e várias das galáxias ativas mais brilhantes no céu do sul.
"Esses novos detectores de raios gama e neutrinos permitirão pesquisas mais profundas de emissão de multimessenger a partir de coronae de buracos negros supermassivos", disse Murase. "Isso permitirá examinar criticamente se essas fontes são responsáveis pelo grande fluxo de neutrinos de nível médio de energia observado pelo IceCube como nosso modelo prevê".
Explorar mais
Mais informações: Kohta Murase et al., Núcleos ocultos de núcleos galácticos ativos como origem de neutrinos de energia média: testes críticos com a conexão de raios gama MeV, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.125.011101
Informações do periódico: Cartas de Revisão Física
Fornecido por Pennsylvania State University
Fonte: Phyys News / por Sam Sholtis, Universidade Estadual da Pensilvânia / 02-07-2020
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HélioR.M.Cabral (Economista,
Escritor e Divulgador de conteúdos da
Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.
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 World wide, 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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