“Partícula-fantasma” de estrela destruída atingiu a Terra (e revelou um acelerador de partículas natural)

Uma estrela completamente destruída quando se aventurou muito perto de um buraco negro deu à Ciência um raro presente. Pela primeira vez, os cientistas detetaram um neutrino de alta energia que foi lançado para o Espaço durante um desses eventos violentos.

Rastreando uma partícula fantasmagórica até uma estrela fragmentada, os cientistas descobriram um gigantesco acelerador de partículas cósmicas. A partícula subatómica, chamada de neutrino, foi lançada em direção à Terra depois de a estrela condenada se ter aproximado demasiado do buraco negro supermassivo no centro da sua galáxia e ter sido despedaçada pela gravidade colossal do buraco negro.

Esta é a primeira partícula que pode ser rastreada até um “evento de interrupção da maré” (TDE) e fornece evidências de que estas catástrofes cósmicas pouco compreendidas podem ser poderosos aceleradores de partículas naturais.

O neutrino começou a sua jornada há cerca de 700 milhões de anos, na época em que os primeiros animais se desenvolveram na Terra. Esse é o tempo de viagem que a partícula precisava para ir da distante galáxia – catalogada como 2MASX J20570298 + 1412165 – na constelação do Golfinho até à Terra. Os cientistas estimam que o enorme buraco negro tenha a massa de 30 milhões de sóis.

“A força da gravidade fica cada vez mais forte, quanto mais perto se chega de algo. Isso significa que a gravidade do buraco negro puxa o lado próximo da estrela com mais força do que o lado oposto da estrela, levando a um efeito de alongamento”, explicou Robert Stein, astrónomo do Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), em comunicado.

“Essa diferença é chamada de força de maré e, conforme a estrela se aproxima, esse alongamento torna-se mais extremo. Eventualmente, destrói a estrela, no que chamamos de evento de interrupção da maré. É o mesmo processo que leva às marés do oceano na Terra, mas felizmente para nós, a Lua não puxa com força suficiente para despedaçar a Terra”, explicou.

Cerca de metade dos destroços da estrela foram lançados no Espaço, enquanto a outra metade assentou num disco giratório em torno do buraco negro. Antes de cair no esquecimento, a matéria do disco de acreção fica cada vez mais quente e brilha intensamente.

Este brilho foi detetado pela primeira vez em 9 de abril de 2019 pelo Zwicky Transient Facility (ZTF), uma câmara robótica no Observatório Palomar da Caltech, no sul da Califórnia.

A 1 de outubro de 2019, o detetor de neutrinos IceCube, no Polo Sul, registou um neutrino extremamente energético da direção do evento de interrupção da maré.

“Chocou contra o gelo da Antártica com uma energia notável de mais de 100 teraeletrão-volts”, disse Anna Franckowiak, do DESY. “Para efeito de comparação, isso é pelo menos dez vezes a energia máxima das partículas que pode ser alcançada no acelerador de partículas mais poderoso do mundo, o Large Hadron Collider no laboratório europeu de física de partículas CERN.”

Extremamente leve

Os neutrinos extremamente leves dificilmente interagem com qualquer coisa, podendo passar despercebidos não só pelas paredes, mas por planetas ou estrelas inteiros e, portanto, são frequentemente chamados de “partículas fantasmas”. Assim, capturar um neutrino de alta energia já é uma observação notável.

A análise mostrou que este neutrino tinha apenas uma hipótese em 500 de ser puramente coincidente com o TDE.

“Este é o primeiro neutrino ligado a um evento de interrupção da maré e traz-nos evidências valiosas”, disse Stein. “A deteção do neutrino aponta para a existência de um motor central poderoso próximo do disco de acreção, expelindo partículas rápidas. E a análise combinada de dados de telescópios de rádio, óticos e ultravioleta dá-nos evidências adicionais de que o TDE atua como um acelerador de partículas gigantes”.

As observações são explicadas por uma saída energética de jatos rápidos de matéria disparados para fora do sistema, que são produzidos pelo motor central e duram centenas de dias. “O neutrino surgiu relativamente tarde, meio ano após o início da festa das estrelas. O nosso modelo explica esse tempo naturalmente”, disse Walter Winter, chefe do grupo teórico de astropartícula física do DESY.

O acelerador cósmico expele diferentes tipos de partículas, mas além dos neutrinos e fotões, essas partículas são eletricamente carregadas e, portanto, desviadas por campos magnéticos intergalácticos na sua jornada.

Apenas os neutrinos eletricamente neutros podem viajar em linha reta como a luz da fonte em direção à Terra e, assim, tornar-se mensageiros valiosos de tais sistemas.

Ponta do icebergue?

O Zwicky Transient Facility foi projetado para capturar centenas de milhares de estrelas e galáxias numa única fotografia e consegue analisar o céu noturno particularmente rápido.

“Desde o nosso início em 2018, detetámos mais de 30 eventos de interrupção das marés, mais do que o dobro do número conhecido de tais objetos”, disse Sjoert van Velzen, do Observatório de Leiden.

“Quando percebemos que o segundo TDE mais brilhante observado por nós era a fonte de um neutrino de alta energia registado pelo IceCube, ficámos emocionados”, acrescentou.

Podemos estar a ver apenas a ponta do icebergue aqui. No futuro, esperamos encontrar muito mais associações entre os neutrinos de alta energia e as suas fontes”, continuou Francis Halzen, professor da Universidade de Wisconsin-Madison e investigador principal do IceCube.

Esta TDE marca apenas a segunda vez que um neutrino cósmico de alta energia pode ser rastreado até à sua fonte. Em 2018, foi apresentada a galáxia ativa TXS 0506 + 056, como a primeira fonte identificada de um neutrino de alta energia, registada pela IceCube em 2017.

Estas observações demonstram o poder de explorar o cosmos através de uma combinação de diferentes “mensageiros”, como fotões e neutrinos.

Estes estudos serão publicados na revista científica Nature Astronomy.

Maria Campos Maria Campos, ZAP //

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4 COMENTÁRIOS

  1. Quando se fala em partículas muito energéticas, estamos a falar de partículas muito velozes; ou seja, quando há variação de velocidade da partícula, também há variação da energia da mesma. Ou não é assim? Deixo à consideração do ZAP, se possível.

    • Caro leitor,
      Efetivamente, a energia das partículas está normalmente associada à sua velocidade, tratando-se nesse caso da sua energia cinética. Mas a energia pode manifestar-se noutras formas, por exemplo sob a forma de energia térmica.

    • Bem… eu já dei isto há muitos anos, mas a lei da conservação da energia não afirma que a energia não é criada nem destruída? Em vez disso, é simplesmente transferida de um tipo de energia para outro, ou de uma forma de energia para outra?

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