Aceleradores de Partículas no Universo

Hoje eu li no symmetry breaking sobre alguns resultados interessantes da análise de dados do  Fermi Gamma-ray Space Telescope.

Em resumo, os caras do Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, junto com pesquisadores da França e do Japão, estudaram os dados de uma supernova e observaram a produção de píons neutros (partículas formadas por um quark e um antiquark), que são produzidos pela colisão de prótons da mesma forma que observamos nos aceleradores de partículas, como o LHC (Large Hadron Collider).

Bom, mas antes de qualquer coisa: O que são supernovas?

Como tudo no universo, as estrelas tem uma evolução. Podemos dizer que de certa forma elas nascem, evoluem e depois morrem.  No início, nuvens de gás e poeira no universo se juntam devido a gravidade, em um processo que leva alguns milhares de anos, até que o núcleo se estabilize, formando o que chamamos de estrela. Esta é composta basicamente de hélio e hidrogênio, os elementos mais abundantes, que são o combustível que vai ser consumido durante a evolução estelar.

A pressão exercida pela força gravitacional comprime a estrela, aumentando a sua temperatura, até um ponto em que o hidrogênio começa a sofrer fusão nuclear, se transformando em hélio (basicamente o funcionamento tentativo dos reatores de fusão nucleares propostos). Conforme o tempo passa, o hidrogênio vai acabando até restar somente hélio e um pouco de lítio. Como discutimos, o ganho de energia com a fusão nuclear para gerar elementos mais pesados é cada vez menor e a estrela começar a se comprimir e produzir elementos mais pesados por fusão, como carbono e oxigênio.

Essa cadeia de fusões continua até que a estrela comece a gerar elementos realmente pesados, como enxofre e ferro. O problema é que quando chega no ferro a fusão nuclear para de produzir energia, na verdade consome a mesma. Assim quando a estrela consumiu os elementos leves e contém apenas elementos como ferro e níquel não tem mais de onde retirar energia para contrabalancear a força gravitacional.

Agora o destino dessa estrela será decidido pela sua massa. Se a sua massa for pequena, nada de mais acontece e ela vira uma anã branca. Porém, se sua massa for muito maior que a do sol, então ao ser comprimida os últimos elementos mais leves que o ferro se fundem de uma vez explodindo a pobre estrela. Essa explosão chamamos de supernova. Ela arremesa os componentes da estrela em todas as direções, deixando uma pequena ruína para trás. Se a massa dessa ruína não for muito grande ela se torna uma estrela de nêutrons, mas se a massa for maior que algumas massas solares temos um buracos negro!

E o que foi observado mesmo?

Quando os pesquisadores analisaram dados da supernova SNR S147 (figura acima), eles observaram partículas sendo aceleradas em direção a uma nuvem de gás interestelar. O que eles estavam “vendo” eram prótons da explosão da supernova colidindo com átomos de hidrogênio (que são basicamente um próton) da nuvem de poeira.  Como resultado dessa colisão eles observaram a produção de píons neutros.

O interessante é que isso é o mesmo o que acontece nos aceleradores de partículas que construímos, mas com energias muito maiores do que conseguiríamos alcançar. Não conseguimos estudar de perto estas colisões como fazemos nos laboratórios, mas estudando esses fenômenos podemos ter um grande avanço no nosso entendimento sobre astrofísica de partículas e física de altas energias.

Referências:

 

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