1LHAASO J1852+0050u: GeV-100TeV Gamma-ray emission Powered by Star-forming Region?

Muito acima da Terra, no ar rarefeito do planalto tibetano, um enorme conjunto de sensores aguarda por algo extraordinário. Esses sensores fazem parte do Large High Altitude Air Shower Observatory, conhecido como LHAASO, e foram projetados para captar as assinaturas tênues e fugazes das partículas mais energéticas do universo. Essas partículas, chamadas raios cósmicos, são núcleos atômicos que viajam pelo espaço quase à velocidade da luz. Por quase um século, os cientistas se perguntaram de onde essas partículas obtêm sua velocidade incrível. Embora algumas sejam conhecidas por virem das explosões violentas de estrelas moribundas, as mais poderosas, atingindo energias um milhão de vezes superiores ao que nossos aceleradores de partículas mais potentes podem criar, permaneceram um mistério. Encontrar a fonte desses "Pevatrons" — objetos capazes de acelerar partículas a energias tão extremas — é uma das grandes buscas da astronomia moderna, pois isso finalmente revelaria os motores que impulsionam o universo de alta energia.

Em um estudo recente, pesquisadores voltaram sua atenção para um patch específico do céu na constelação de Águila, onde uma misteriosa fonte de raios gama de alta energia havia sido detectada. Esta fonte, catalogada como 1LHAASO J1852+0050u, é um brilho difuso e vasto de radiação que foi detectado em energias superiores a cem trilhões de elétron-volts. O enigma era identificar o que estava criando esse brilho. A região é repleta de objetos astronômicos conhecidos, incluindo os remanescentes de duas estrelas explodidas e uma estrela de nêutrons que gira rapidamente, conhecida como pulsar. A equipe, liderada por pesquisadores da colaboração LHASO, partiu para determinar se um desses objetos familiares era o culpado, ou se algo mais exótico estava em jogo.

Para resolver o mistério, os cientistas combinaram dados de múltiplos telescópios. Eles reexaminaram quatro anos de observações do LHAASO, que forneceram um mapa detalhado dos raios gama de alta energia, e combinaram isso com dezesseis anos de dados do satélite Fermi-LAT, que observa raios gama de menor energia. Eles também observaram o gás molecular invisível na região usando radiotelescópios, que podem revelar a presença de nuvens densas de gás e poeira onde estrelas nascem. Ao costurar essas diferentes visões, os pesquisadores foram capazes de separar o sinal tênue da fonte principal do brilho de seus vizinhos. Eles descobriram que o brilho de raios gama não é um ponto único, mas uma região estendida que se sobrepõe a um agitado berçário de novas estrelas.

O primeiro suspeito que a equipe considerou foi um pulsar de meia-idade, uma estrela densa e giratória que estava girando há cerca de duzentos mil anos. Pulsares são conhecidos por criar nuvens de partículas de alta energia que podem emitir raios gama. No entanto, quando os pesquisadores realizaram simulações para ver se este pulsar específico poderia gerar a quantidade de energia observada, os números não bateram. O pulsar simplesmente não tinha potência suficiente para explicar o brilho brilhante e de alta energia visto pelo LHAASO. A equipe também observou os remanescentes próximos de estrelas explodidas, mas as distâncias e os tipos específicos de gás na região os descartaram como a fonte primária. As evidências apontavam para longe dessas origens violentas e explosivas.

Em vez disso, os dados apontaram para um processo mais contínuo, porém igualmente violento: o nascimento de estrelas massivas. A fonte de raios gama situa-se diretamente sobre uma densa nuvem de gás molecular, que é a matéria-prima para a formação estelar. Dentro desta nuvem encontra-se uma região específica conhecida como G34.26+0.15, um local onde estrelas massivas estão sendo formadas atualmente. Os pesquisadores descobriram que os raios gama de menor energia detectados pelo satélite Fermi coincidem com a localização de estrelas jovens em formação, enquanto os raios gama de mais alta energia detectados pelo LHAASO alinham-se com a presença de estrelas massivas e totalmente formadas no mesmo aglomerado.

Os cientistas propõem uma explicação de duas partes para a radiação. Eles sugerem que os raios gama de menor energia são produzidos por prótons acelerados pelos jatos e fluxos poderosos de estrelas jovens em formação. Essas estrelas jovens ainda estão acumulando massa, e sua atividade energética agita o gás circundante, acelerando partículas a altas velocidades. Os raios gama de mais alta energia, atingindo até cem trilhões de elétron-volts, são provavelmente produzidos por ventos ainda mais poderosos das estrelas massivas e adultas no mesmo aglomerado. Essas estrelas massivas sopram material no espaço a velocidades tremendas, criando ondas de choque que podem acelerar partículas às energias extremas necessárias para produzir a radiação observada.

O estudo conclui que esta região de formação estelar é provavelmente um "Pevatron", um acelerador de partículas natural capaz de impulsionar raios cósmicos a energias anteriormente consideradas domínio apenas das explosões mais violentas. Os pesquisadores estimam que o aglomerado contém entre vinte e duzentos estrelas massivas, cujos ventos combinados fornecem a energia necessária para sustentar esta emissão de alta energia. Embora não possam descartar completamente a presença de outros pulsares ocultos e invisíveis na região, as evidências favorecem fortemente a região de formação estelar como o motor dominante. Esta descoberta adiciona um novo capítulo à nossa compreensão dos raios cósmicos, sugerindo que os berçários caóticos e energéticos onde as estrelas nascem são tão capazes de criar as partículas mais energéticas do universo quanto as mortes catastróficas das estrelas.