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    A missão Fermi liga halo de raios gama de pulsares próximos ao quebra-cabeça de antimatéria
    p Este modelo de halo de raios gama de Geminga mostra como a emissão muda em diferentes energias, resultado de dois efeitos. O primeiro é o movimento rápido do pulsar através do espaço ao longo da década que o Telescópio de Grande Área de Fermi o observou. Segundo, partículas de baixa energia viajam muito mais longe do pulsar antes de interagir com a luz das estrelas e aumentá-la para energias de raios gama. É por isso que a emissão de raios gama cobre uma área maior com energias mais baixas. Um GeV representa 1 bilhão de elétron-volts - bilhões de vezes a energia da luz visível. Crédito:Goddard Space Flight Center / M da NASA. Di Mauro

    p O Telescópio Espacial Fermi Gamma-ray da NASA descobriu um brilho fraco, mas extenso, de luz de alta energia ao redor de um pulsar próximo. Se for visível ao olho humano, esse "halo" de raios gama pareceria cerca de 40 vezes maior no céu do que uma lua cheia. Essa estrutura pode fornecer a solução para um antigo mistério sobre a quantidade de antimatéria em nossa vizinhança. p "Nossa análise sugere que esse mesmo pulsar pode ser responsável por um quebra-cabeça de uma década sobre por que um tipo de partícula cósmica é extraordinariamente abundante perto da Terra, "disse Mattia Di Mauro, um astrofísico da Universidade Católica da América em Washington e do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. "Estes são pósitrons, a versão de antimatéria dos elétrons, vindo de algum lugar além do sistema solar. "

    p Um artigo detalhando as descobertas foi publicado na revista Revisão Física D em 17 de dezembro e está disponível online.

    p Uma estrela de nêutrons é o núcleo esmagado deixado para trás quando uma estrela muito mais massiva do que o Sol fica sem combustível, colapsa sob seu próprio peso e explode como uma supernova. Vemos algumas estrelas de nêutrons como pulsares, objetos girando rapidamente, emitindo feixes de luz que, muito parecido com um farol, varrem regularmente nossa linha de visão.

    p Geminga (pronuncia-se geh-MING-ga), descoberto em 1972 pelo Small Astronomy Satellite 2 da NASA, está entre os pulsares mais brilhantes em raios gama. Ele está localizado a cerca de 800 anos-luz de distância, na constelação de Gêmeos. O nome de Geminga é uma brincadeira com a frase "fonte de raios gama de Gêmeos" e a expressão "não está lá" - referindo-se à incapacidade dos astrônomos de encontrar o objeto em outras energias - no dialeto de Milão, Itália.

    p Geminga foi finalmente identificada em março de 1991, quando raios X intermitentes captados pela missão alemã ROSAT revelaram que a fonte era um pulsar girando 4,2 vezes por segundo.

    p Um pulsar se envolve naturalmente com uma nuvem de elétrons e pósitrons. Isso ocorre porque o intenso campo magnético da estrela de nêutrons puxa as partículas da superfície do pulsar e as acelera até quase a velocidade da luz.

    p Elétrons e pósitrons estão entre as partículas velozes conhecidas como raios cósmicos, que se originam além do sistema solar. Como as partículas de raios cósmicos carregam uma carga elétrica, seus caminhos se tornam confusos quando encontram campos magnéticos em sua jornada para a Terra. Isso significa que os astrônomos não podem rastreá-los diretamente de volta às suas fontes.

    p Na última década, medições de raios cósmicos por Fermi, Espectrômetro Alfa Magnético da NASA (AMS-02) a bordo da Estação Espacial Internacional, e outros experimentos espaciais perto da Terra viram mais pósitrons em altas energias do que os cientistas esperavam. Pulsares próximos, como Geminga, eram os principais suspeitos.

    p Então, em 2017, cientistas do High-Altitude Water Cherenkov Gamma-ray Observatory (HAWC) perto de Puebla, México, confirmou as detecções anteriores baseadas na terra de um pequeno halo de raios gama em torno de Geminga. Eles observaram essa estrutura em energias de 5 a 40 trilhões de elétron-volts - luz com trilhões de vezes mais energia do que nossos olhos podem ver.

    p Os cientistas acreditam que essa emissão surge quando elétrons e pósitrons acelerados colidem com a luz das estrelas próximas. A colisão aumenta a luz para energias muito mais altas. Com base no tamanho do halo, a equipe do HAWC concluiu que pósitrons Geminga com essas energias raramente chegam à Terra. Se for verdade, significaria que o excesso de pósitrons observado deve ter uma explicação mais exótica.

    p Mas o interesse na origem de um pulsar continuou, e Geminga estava na frente e no centro. Di Mauro conduziu uma análise de uma década de dados de raios gama Geminga adquiridos pelo Telescópio de Grande Área de Fermi (LAT), que observa luz de baixa energia do que HAWC.

    p Partículas viajando perto da velocidade da luz podem interagir com a luz das estrelas e aumentá-la para energias de raios gama. Esta animação mostra o processo, conhecido como espalhamento Compton inverso. Quando a luz variando de comprimentos de onda de microondas a ultravioleta colide com uma partícula em movimento rápido, a interação aumenta para raios gama, a forma mais energética de luz. Crédito:Goddard Space Flight Center da NASA

    p “Para estudar o halo, tivemos que subtrair todas as outras fontes de raios gama, incluindo luz difusa produzida por colisões de raios cósmicos com nuvens de gás interestelar, "disse a coautora Silvia Manconi, um pesquisador de pós-doutorado na RWTH Aachen University na Alemanha. "Exploramos os dados usando 10 modelos diferentes de emissão interestelar."

    p O que restou quando essas fontes foram removidas foi uma vasta, brilho oblongo medindo cerca de 20 graus no céu com uma energia de 10 bilhões de elétron-volts (GeV). É semelhante ao tamanho do famoso padrão de estrela Ursa Maior - e o halo é ainda maior em energias mais baixas.

    p "Partículas de baixa energia viajam muito mais longe do pulsar antes de entrarem na luz das estrelas, transferir parte de sua energia para ele, e aumentar a luz para raios gama. É por isso que a emissão de raios gama cobre uma área maior com energias mais baixas, "explicou a co-autora Fiorenza Donato do Instituto Nacional Italiano de Física Nuclear e da Universidade de Torino." O halo de Geminga é alongado em parte por causa do movimento do pulsar através do espaço. "

    p A equipe determinou que os dados do Fermi LAT eram compatíveis com as observações anteriores do HAWC. Geminga sozinha pode ser responsável por até 20% dos pósitrons de alta energia vistos pelo experimento AMS-02. Extrapolando isso para a emissão cumulativa de todos os pulsares em nossa galáxia, os cientistas dizem que está claro que os pulsares continuam sendo a melhor explicação para o excesso de pósitrons.

    p "Nosso trabalho demonstra a importância de estudar fontes individuais para prever como elas contribuem para os raios cósmicos, "Di Mauro disse." Este é um aspecto do novo e empolgante campo chamado astronomia multimessenger, onde estudamos o universo usando vários sinais, como raios cósmicos, além de luz. "


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