Ao longo de mais de 7 anos de operação do observatório terrestre HAWC para rastrear raios cósmicos, os cientistas detectaram 98 dos raios gama mais poderosos em toda a história de observação de nossa galáxia. As partículas presumivelmente vieram de uma única fonte, cuja origem permanece desconhecida. No local do esperado nascimento de partículas com alta energia recorde, não existem fontes visíveis capazes de transmitir às partículas a aceleração registrada.
O centro da Via Láctea nos comprimentos de onda infravermelho e de rádio. Fonte da imagem: Judy Schmidt/Flickr, CC BY 2.0
Em 2015, todo o conjunto de detectores do observatório HAWC (High Altitude Water Cherenkov experiment ou, em russo, High Altitude Experiment to Search for the Cherenkov Effect) entrou em operação no México. Trata-se de um conjunto de trezentas cubas com quase duzentas toneladas de água com o mais alto grau de purificação. Quase cem anos atrás – em 1934 – os físicos soviéticos Pavel Cherenkov e Sergei Vavilov descobriram o efeito de um leve brilho em um líquido ao interagir com a radiação gama. Os raios gama eliminaram os elétrons e os aceleraram a velocidades superiores à velocidade da luz na água, causando o brilho.
Os detectores HAWC usam este princípio para detectar raios cósmicos na Terra. As próprias partículas gama não atingem a superfície do planeta. Os detectores registram os produtos de sua decomposição (interação) com partículas atmosféricas. A partir dos traços de dispersão é possível calcular a energia das partículas gama originais e a área aproximada do céu de onde elas vieram.
Partículas de alta energia são frequentemente associadas ao conceito de acelerador natural – o pevatron. Esta é uma combinação dos conceitos petaelétron-volt e aceleração. Este é o nível de energia acima do qual as partículas detectadas podem ser de origem extragaláctica (elas são capazes de superar os campos magnéticos galácticos e deixar a galáxia). Ao mesmo tempo, em nossa galáxia existem fontes de partículas com energias próximas ao PeV e, portanto, nossos pevatrons nativos. Por exemplo, a Nebulosa do Caranguejo é considerada uma delas – os restos de uma supernova que explodiu há mil anos.
Em geral, um pevatron – um superacelerador de partículas – pode ser estrelas de nêutrons, buracos negros, explosões de supernovas e outros objetos e fenômenos com campos magnéticos poderosos. A dificuldade em detectá-los é que os campos magnéticos distorcem as trajetórias das partículas. Mas também fornece dados sobre fenómenos físicos poderosos no universo que não podem ser alcançados em condições de laboratório na Terra.
A fonte desconhecida de poderosos raios gama no centro da nossa galáxia é chamada HAWC J1746-2856. Todos os 98 casos de registro de sua radiação ultrapassaram a energia de 100 TeV. “Esses resultados fornecem um vislumbre do centro da Via Láctea com uma ordem de magnitude de energia maior do que já observada antes”, explicam os físicos.