A missão Fermi da NASA não vê raios gama de supernova próxima
O telescópio de 48 polegadas do Observatório Fred Lawrence Whipple capturou esta imagem em luz visível da galáxia Catavento (Messier 101) em junho de 2023. A localização da supernova 2023ixf está circulada. O observatório, localizado no Monte Hopkins, no Arizona, é operado pelo Center for Astrophysics | Harvard e Smithsonian. Crédito:Hiramatsu et al. 2023/Sebastian Gomez (STScI) Uma supernova próxima em 2023 ofereceu aos astrofísicos uma excelente oportunidade para testar ideias sobre como estes tipos de explosões impulsionam partículas, chamadas raios cósmicos, até perto da velocidade da luz. Mas, surpreendentemente, o Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA não detectou nenhum dos raios gama de alta energia que essas partículas deveriam produzir.
Em 18 de maio de 2023, uma supernova irrompeu na galáxia vizinha Catavento (Messier 101), localizada a cerca de 22 milhões de anos-luz de distância, na constelação da Ursa Maior. O evento, denominado SN 2023ixf, é a supernova próxima mais luminosa descoberta desde o lançamento do Fermi em 2008.
“Os astrofísicos estimaram anteriormente que as supernovas convertem cerca de 10% da sua energia total em aceleração dos raios cósmicos”, disse Guillem Martí-Devesa, investigador da Universidade de Trieste, em Itália.
"Mas nunca observámos este processo diretamente. Com as novas observações do SN 2023ixf, os nossos cálculos resultam numa conversão de energia tão baixa como 1% poucos dias após a explosão. Isto não exclui a possibilidade de supernovas como fábricas de raios cósmicos, mas isso significa que temos mais a aprender sobre sua produção."
O artigo, liderado por Martí-Devesa enquanto estava na Universidade de Innsbruck, na Áustria, aparecerá em uma edição futura da Astronomia e Astrofísica. .
Trilhões de trilhões de raios cósmicos colidem com a atmosfera da Terra todos os dias. Aproximadamente 90% deles são núcleos de hidrogênio – ou prótons – e o restante são elétrons ou núcleos de elementos mais pesados. Mesmo quando não detecta raios gama, o Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA ajuda os astrônomos aprender mais sobre o universo. Crédito:Goddard Space Flight Center da NASA Os cientistas têm investigado as origens dos raios cósmicos desde o início de 1900, mas as partículas não podem ser rastreadas até às suas fontes. Por serem eletricamente carregados, os raios cósmicos mudam de curso à medida que viajam para a Terra, graças aos campos magnéticos que encontram.
"Os raios gama, no entanto, viajam diretamente até nós", disse Elizabeth Hays, cientista do projeto Fermi no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. "Os raios cósmicos produzem raios gama quando interagem com a matéria em seu ambiente. O Fermi é o telescópio de raios gama mais sensível em órbita, portanto, quando não detecta um sinal esperado, os cientistas devem explicar a ausência. Resolver esse mistério construirá um imagem mais precisa das origens dos raios cósmicos."
Os astrofísicos há muito suspeitam que as supernovas sejam as principais contribuintes de raios cósmicos.
Essas explosões ocorrem quando uma estrela com pelo menos oito vezes a massa do Sol fica sem combustível. O núcleo entra em colapso e depois ricocheteia, impulsionando uma onda de choque através da estrela. A onda de choque acelera as partículas, criando raios cósmicos. Quando os raios cósmicos colidem com outra matéria e luz que circunda a estrela, eles geram raios gama.
As supernovas têm um grande impacto no ambiente interestelar de uma galáxia. Suas ondas de choque e nuvens de detritos em expansão podem persistir por mais de 50 mil anos. Em 2013, as medições do Fermi mostraram que os remanescentes de supernovas na nossa galáxia, a Via Láctea, estavam acelerando raios cósmicos, que geraram luz de raios gama quando atingiram a matéria interestelar. Mas os astrónomos dizem que os restos não estão a produzir partículas de alta energia suficientes para corresponder às medições dos cientistas na Terra.
Uma teoria propõe que as supernovas podem acelerar os raios cósmicos mais energéticos da nossa galáxia nos primeiros dias e semanas após a explosão inicial.
Mas as supernovas são raras, ocorrendo apenas algumas vezes por século numa galáxia como a Via Láctea. A distâncias de cerca de 32 milhões de anos-luz, uma supernova ocorre, em média, apenas uma vez por ano.
Após um mês de observações, começando quando os telescópios de luz visível viram pela primeira vez SN 2023ixf, Fermi não havia detectado raios gama.
“Infelizmente, não ver raios gama não significa que não existam raios cósmicos”, disse o coautor Matthieu Renaud, astrofísico do Laboratório de Universo e Partículas de Montpellier, parte do Centro Nacional de Pesquisa Científica da França. “Temos que analisar todas as hipóteses subjacentes relativas aos mecanismos de aceleração e às condições ambientais, a fim de converter a ausência de raios gama num limite superior para a produção de raios cósmicos”.
Os investigadores propõem alguns cenários que podem ter afetado a capacidade do Fermi de ver os raios gama do evento, como a forma como a explosão distribuiu os detritos e a densidade do material que rodeia a estrela.
As observações do Fermi proporcionam a primeira oportunidade de estudar as condições logo após a explosão da supernova. Observações adicionais de SN 2023ixf em outros comprimentos de onda, novas simulações e modelos baseados neste evento e estudos futuros de outras supernovas jovens ajudarão os astrônomos a aprimorar as fontes misteriosas dos raios cósmicos do universo.
