O gigantesco buraco negro no centro da Via Láctea pode estar produzindo misteriosas partículas chamadas neutrinos. Se isso for confirmado, esta seria a primeira vez que cientistas have traced neutrinos back to a black hole.
A prova disso veio de três satélites da NASA que fazem observações em luz de raios X: O Observatório Chandra de Raios X, o Swift, de emissões de raios gama, e o Conjunto Nuclear Telescópio Espectroscópico (NuSTAR).
Neutrinos são minúsculas partículas sem carga com fraquíssima interação com elétrons e prótons. Ao contrário de partículas de luz ou carregadas, os neutrinos podem emergir das profundezas de suas fontes cósmicas e viajar através do universo sem serem absorvidos pela matéria em seu caminho ou, no caso de partículas carregadas, defletidos por campos magnéticos.
A Terra é constantemente bombardeada por neutrinos vindos do Sol. Entretanto neutrinos vindos de além do sistema solar podem ser milhões ou bilhões de vezes mais energéticos. Cientistas há muito tempo buscam a origem de neutrinos de energia ultra alta e muito alta.
“Descobrir de onde vêm os neutrinos de energia ultra alta e´um dos maiores problemas da astrofísica atualmente,” disse Yang Bai da Universidade de Wisconsin em Madison, coautor de um estudo sobre esses resultados, publicado na Physical Review D. “Nós temos agora a primeira prova de que uma fonte astronômica – o buraco negro supermassivo da Via Láctea – pode estar produzindo esses neutrinos muito energéticos.”
Como os neutrinos atravessam facilmente a matéria, é extremamente difícil construir detectores que revelem exatamente de onde o neutrino veio. O Observatório de Neutrinos IceCube (Cubo de Gelo), localizado sob o Polo Sul, detectou 36 neutrinos de alta energia desde que começou a funcionar, em 2010.
Ao combinarmos as capacidades do IceCube com os dados dos três telescópios de raios X, os cientistas puderam procurar eventos violentos no espaço que correspondessem com a chegada de neutrinos de alta energia aqui na Terra.
“Nós fomos ver o que aconteceu depois de o Chandra ter observado a maior explosão já detectada de Sagittarius A*, o buraco negro supermassivo da Via Láctea,” disse a coautora Andrea Peterson, também da Universidade de Wisconsin. “E menos de três horas depois, houve uma detecção de neutrino no IceCube.”
Além disso, várias detecções de neutrinos apareceram dentro de alguns dias de labaredas vindas do buraco negro supermassivo, que foram observadas com o Swift e NuSTAR.
“Seria um acontecimento e tanto se nós descobríssemos que Sagittarius A* produz neutrinos,” disse a coautora Amy Barger da Universidade de Wisconsin. “É uma pista muito promissora para os cientistas seguirem.”
Os cientistas acreditam que os neutrinos das mais altas energias foram criados nos mais potentes eventos do Universo, como fusões entre galáxias, matéria caindo em buracos negros supermassivos, e os ventos ao redor de densas estrelas giratórias chamadas pulsares.
A equipe de pesquisadores ainda está tentando desenvolver um exemplo de como Sagittarius A* pode produzir neutrinos. Uma idea é a de que isso pode acontecer quando partículas ao redor do buraco negro são aceleradas por uma onda de choque, como um estrondo sônico, que gera partículas carregadas que decaem para neutrinos.
Este último resultado também pode contribuir para a compreensão de outro grande mistério da astrofísica: a fonte de raios cósmicos de alta energia. Como as partículas carregadas que formam os raios cósmicos são defletidas por campos magnéticos de nossa galáxia, os cientistas não conseguem detectar sua origem. As partículas carregadas aceleradas por uma onda de choque próxima a Sgr A* podem ser uma importante fonte de raios cósmicos muito energéticos.
Tradução de Luiz Leitão
The giant black hole at the center of the Milky Way may be producing mysterious particles called neutrinos. If confirmed, this would be the first time that scientists have traced neutrinos back to a black hole.
The evidence for this came from three NASA satellites that observe in X-ray light: the Chandra X-ray Observatory, the Swift gamma-ray mission, and the Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR).
Neutrinos are tiny particles that carry no charge and interact very weakly with electrons and protons. Unlike light or charged particles, neutrinos can emerge from deep within their cosmic sources and travel across the universe without being absorbed by intervening matter or, in the case of charged particles, deflected by magnetic fields.
The Earth is constantly bombarded with neutrinos from the sun. However, neutrinos from beyond the solar system can be millions or billions of times more energetic. Scientists have long been searching for the origin of ultra-high energy and very high-energy neutrinos.
“Figuring out where high-energy neutrinos come from is one of the biggest problems in astrophysics today,” said Yang Bai of the University of Wisconsin in Madison, who co-authored a study about these results published in Physical Review D. “We now have the first evidence that an astronomical source – the Milky Way’s supermassive black hole – may be producing these very energetic neutrinos.”
Because neutrinos pass through material very easily, it is extremely difficult to build detectors that reveal exactly where the neutrino came from. The IceCube Neutrino Observatory, located under the South Pole, has detected 36 high-energy neutrinos since the facility became operational in 2010.
By pairing IceCube’s capabilities with the data from the three X-ray telescopes, scientists were able to look for violent events in space that corresponded with the arrival of a high-energy neutrino here on Earth.
“We checked to see what happened after Chandra witnessed the biggest outburst ever detected from Sagittarius A*, the Milky Way’s supermassive black hole,” said co-author Andrea Peterson, also of the University of Wisconsin. “And less than three hours later, there was a neutrino detection at IceCube.”
In addition, several neutrino detections appeared within a few days of flares from the supermassive black hole that were observed with Swift and NuSTAR.
“It would be a very big deal if we find out that Sagittarius A* produces neutrinos,” said co-author Amy Barger of the University of Wisconsin. “It’s a very promising lead for scientists to follow.”
Scientists think that the highest energy neutrinos were created in the most powerful events in the Universe like galaxy mergers, material falling onto supermassive black holes, and the winds around dense rotating stars called pulsars.
The team of researchers is still trying to develop a case for how Sagittarius A* might produce neutrinos. One idea is that it could happen when particles around the black hole are accelerated by a shock wave, like a sonic boom, that produces charged particles that decay to neutrinos.
This latest result may also contribute to the understanding of another major puzzle in astrophysics: the source of high-energy cosmic rays. Since the charged particles that make up cosmic rays are deflected by magnetic fields in our Galaxy, scientists have been unable to pinpoint their origin. The charged particles accelerated by a shock wave near Sgr A* may be a significant source of very energetic cosmic rays.
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