Sursa razelor cosmice care bombardează Pământul, în sfârșit aflată

După multe căutări, cercetătorii au găsit dovezi că găurile negre „de tip vampir” care se hrănesc cu victimele lor stelare – așa-numiții microquasari – sunt acceleratoarele cosmice de particule responsabile pentru raze cosmice de înaltă energie ce bombardează Pământul.

Aceste găuri negre cu masă stelară există în sisteme binare alături de o stea supergigantă de la care extrag material. O parte din acel material stelar este apoi trimis spre polii găurii negre, acolo unde este aruncat sub formă de jeturi de mare viteză.

• Cum au trecut razele cosmice prin atmosfera Pământului acum 41.000 de ani?
• Ce s-a întâmplat după ce oamenii de știință au declanșat mini-cutremure în laborator

Descoperite pentru prima dată în 1912, razele cosmice bombardează Pământul cu energii amețitoare ce ating 10²⁰ electronvolți (eV). Asta înseamnă cu mult mai multă energie decât particulele accelerate cu Large Hardon Collider, cel mai mare și mai puternic accelerator de particule de pe Pământ.

Cele mai puternice acceleratoare de particule ale Universului

În trecut, supernovele și microquasarii au fost sugerați ca fiind cele mai puternice acceleratoare de particule ale Universului. Oamenii de știință cred că aceste fenomene ar fi responsabile pentru razele cosmice de înaltă energie. Dar dovezile pentru microquasarii care accelerează particule la energii atât de mari au fost limitate până acum.

Acum, o echipă a observat o legătură între razele cosmice și microquasari după ce a folosit High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) pentru a detecta razele gamma de înaltă energie ce provin de la jeturile celui mai puternic microquasar din Calea Lactee, numit SS 433.

„Mecanismul de accelerare ar fi similar cu cel dintr-o supernovă”

Acele raze gamma sunt create atunci când jeturile de la SS 433 se lovesc de materia din jur și creează un șoc ce accelerează electronii la viteze atât de mari încât pot explica particulele observate în razele cosmice de înaltă energie.

„Mecanismul de accelerare ar fi similar cu cel dintr-o supernovă, deși acele șocuri din jeturile de la SS 433 sunt mai rapide decât șocurile de la supernovă și pot accelera particulele la energii mai mari”, a explicat Valentí Bosch-Ramon, profesor la Universitatea din Barcelona, citat de Space.com.

SS 433, primul microquasar descoperit de omenire

SS 433 a fost primul microquasar descoperit de omenire. Existența sa a fost dezvăluită pentru prima dată în 1975. A fost numit SS 433 după ce a fost inclus într-un catalog de corpuri cerești din 1977, iar apoi a ajuns în atenția lumii după ce scriitorul de ficțiune Arthur C. Clarke l-a descris drept „Una dintre Cele Șapte Minuni ale Lumii”.

SS 433 este aflat în inima supernovei W50, situată la 18.000 de ani-lumină depărtare de Pământ, în constelația Vulturul, fiind numită și „nebuloasa Lamantin”. După decenii de cercetare, oamenii de știință au aflat că SS 433 ascunde o gaură neagră cu o masă de 10 până la 15 ori mai mare decât Soarele, dar și o stea supergigantă. Cele două sunt separate de 24 milioane de kilometri și se orbitează reciproc o dată la fiecare 13 zile terestre.

Materia din supernova ar fi produs raze cosmice timp de mii de ani

Nebuloasa este un înveliș de praf și gaz rămase în urmă de la o supernova, între 10.000 și 100.000 de ani în urmă, eveniment în timpul căruia miezul unei stele ce exploda s-a prăbușit și a format o gaură neagră. Materia eliberată din supernova ar fi produs raze cosmice timp de mii de ani după eveniment, o activitate care între timp s-a diminuat. Dar în urmă cu 10.000 și 30.000 de ani, sistemul s-a luminat din nou, atunci când gaura neagră și-a format jeturile. Cercetătorii cred că, în acel moment, sistemul a început să producă din nou raze cosmice.

Orice particule de raze cosmice ce provin de la un microquasar s-ar deplasa prin galaxie în spirale înainte să ajungă la Pământ, traiectoriile fiind curbate de câmpurile magnetice. Asta înseamnă că este imposibil să le urmărim până la o sursă anume. În schimb, astrofizicienii care caută posibilele origini ale raze cosmice încearcă să găsească fotonii de raze gamma, care ar trebui să fie produși în aceleași procese ce accelerează particulele de raze cosmice, însă ajung la Pământ în linie dreaptă, potrivit Nature.

„Asta a fost cu adevărat marea descoperire”

Deși au observat raze gamma de la SS 433 în anul 2018, cu ajutorul observatorului High Altitude Water Cherenkov (HAWC) din Mexic, astronomii nu au putut la acel moment să stabilească sursa cu precizia de acum.

Atât HAWC cât și HESS detectează fotonii de raze gamma în mod indirect, însă folosesc metode diferite. Atunci când o rază gamma lovește un nucleu atomic în atmosfera superioară, evenimentul produce o ploaie de particule secundare, inclusiv electroni și muoni. HAWC dispune de tancuri cu apă ce detectează aceste particule pe măsură ce ajung la sol, iar HESS observă lumina produsă de particule pe măsură ce se deplasează prin atmosferă. Cele cinci antene parabolice ale lui HESS pot fi îndreptate spre o anumită direcție pe cer.

Tocmai asta i-a permit lui HESS să observe cu precizie locul în care razele gamma erau produse în nebuloasa Lamantin. După mai bine de 200 de ore de observații, de-a lungul a trei ani, cercetătorii au descoperit că emisiile cu raze gamma încep la jumătatea drumului între gaura neagră și supernovă, iar apoi slăbesc. „Fotonii de cea mai înaltă energie vin doar din apropiere de gaura neagră. Asta a fost cu adevărat marea descoperire”, a spus astrofizicianul Laura Olivera-Nieto de la Institutul Max Planck pentru Fizica Nucleară din Heidelberg, Germania.

Studiul despre accelerarea și transportul electronilor în jeturile microquasarului SS 433 a fost publicat în Science.

Vă mai recomandăm să citiți și:

O structură cosmică de 15 ori mai mare decât Luna a uimit astronomii

O „anomalie cosmică” despre care se știe încă din anii 1960 a fost, în sfârșit, rezolvată

Telescopul Webb a surprins într-o fotografie extraordinară curbarea spațiului cosmic

Cea mai veche gaura neagră observată vreodată, „o bestie cosmică” de la începuturile Universului