Todos nós conhecemos bolhas de banhos com sabão ou refrigerantes. Essas bolhas da experiência cotidiana na Terra têm até alguns centímetros de diâmetro, e consistem em uma fina película de líquido envolvendo um pequeno volume de ar ou outro gás. No espaço, Contudo, existem bolhas muito diferentes - compostas de um gás mais leve dentro de um mais pesado - e podem ser enormes.

A galáxia NGC 3079, localizado a cerca de 67 milhões de anos-luz da Terra, contém duas "superbolhas" diferentes de tudo aqui em nosso planeta. Um par de regiões semelhantes a balões se estendem em lados opostos do centro da galáxia:uma é 4, 900 anos-luz de diâmetro e o outro é apenas ligeiramente menor, com um diâmetro de cerca de 3, 600 anos-luz. Para contexto, um ano-luz equivale a cerca de 6 trilhões de milhas, ou 9 trilhões de quilômetros.

As superbolhas em NGC 3079 emitem luz na forma de raios-X, emissão óptica e de rádio, tornando-os detectáveis ​​pelos telescópios da NASA. Nesta imagem composta, Dados de raios-X do Observatório de raios-X Chandra da NASA são mostrados em roxo e dados ópticos do Telescópio Espacial Hubble da NASA são mostrados em laranja e azul. Uma versão rotulada da imagem de raios-X mostra que a superbolha superior é claramente visível, junto com sugestões de emissão mais fraca da superbolha inferior.

Novas observações do Chandra mostram que em NGC 3079 um acelerador de partículas cósmicas está produzindo partículas ultraenergéticas nas bordas das superbolhas. Essas partículas podem ser muito mais energéticas do que as criadas pelo Grande Colisor de Hádrons (LHC) da Europa, o acelerador de partículas de fabricação humana mais poderoso do mundo.

As superbolhas em NGC 3079 fornecem evidências de que elas e estruturas como elas podem ser a fonte de partículas de alta energia chamadas de "raios cósmicos" que bombardeiam regularmente a Terra. Ondas de choque - semelhantes a explosões sônicas causadas por aviões supersônicos - associadas com estrelas em explosão podem acelerar partículas até energias cerca de 100 vezes maiores do que as geradas no LHC, mas os astrônomos não sabem de onde vêm os raios cósmicos ainda mais energéticos. Este novo resultado sugere que as superbolhas podem ser uma fonte desses raios cósmicos ultraenergéticos.

As regiões externas das bolhas geram ondas de choque à medida que se expandem e colidem com o gás circundante. Os cientistas acham que as partículas carregadas se espalham ou ricocheteiam em campos magnéticos emaranhados nessas ondas de choque, muito parecido com bolas ricocheteando em pára-choques em uma máquina de pinball. Quando as partículas cruzam a frente de choque, elas são aceleradas, como se tivessem recebido um chute de uma nadadeira de máquina de pinball. Essas partículas energéticas podem escapar e algumas podem, eventualmente, atingir a atmosfera da Terra na forma de raios cósmicos.

A quantidade de ondas de rádio ou raios-X em diferentes comprimentos de onda, ou "espectros, "de uma das bolhas sugere que a fonte de emissão são os elétrons espiralando em torno das linhas do campo magnético, e irradiando por um processo denominado radiação síncrotron. Esta é a primeira evidência direta de radiação síncrotron em raios-X de alta energia de uma superbolha do tamanho de uma galáxia, e informa aos cientistas sobre as energias máximas que os elétrons atingiram. Não se entende por que a emissão de síncrotron é detectada de apenas uma das bolhas.

Os espectros de rádio e raios-X, junto com a localização da emissão de raios-X ao longo das bordas das bolhas, implica que as partículas responsáveis ​​pela emissão de raios-X devem ter sido aceleradas nas ondas de choque ali, porque eles teriam perdido muita energia ao serem transportados do centro da galáxia.

As superbolhas de NGC 3079 são primas mais novas das "bolhas Fermi, "localizada pela primeira vez na galáxia da Via Láctea em 2010. Os astrônomos acham que essas superbolhas podem se formar quando os processos associados à matéria caindo em um buraco negro supermassivo no centro da galáxia, o que leva à liberação de enormes quantidades de energia na forma de partículas e campos magnéticos. Superbolhas também podem ser esculpidas por ventos que fluem de um grande número de jovens, estrelas massivas.

Um artigo que descreve esses resultados foi liderado por Jiangtao Li, da Universidade de Michigan, e foi publicado no The Astrophysical Journal . Também está disponível online. Marshall Space Flight Center da NASA em Huntsville, Alabama, gerencia o programa Chandra para o Diretório de Missões Científicas da NASA em Washington. O Observatório Astrofísico Smithsonian em Cambridge, Massachusetts, controla a ciência e as operações de voo do Chandra.