Un accelerator de particule de o mie de ori mai puternic decât LHC descoperit în spațiu… și durează doar câteva luni

Ce-ar fi dacă cel mai puternic accelerator de particule din univers nu ar fi o mașină terestră precum LHC, ci rezultatul exploziei unei stele îndepărtate? Iată ce tocmai a confirmat un nou studiu: unele supernove sunt într-adevăr capabile să producă particule ultra-energetice, de o mie de ori mai puternice decât cele generate de tehnologiile noastre. Dar această capacitate orbitoare durează doar câteva luni… ceea ce face ca fenomenul să fie practic invizibil. De aproape un secol, oamenii de știință detectează razele cosmice, particule (în principal protoni) din spațiul cosmic îndepărtat care lovesc în mod regulat Pământul. Unele dintre ele ating niveluri de energie incredibile – depășind un petaelectronvolt (PeV) sau un milion de miliarde de electronvolți. Pentru comparație, acceleratorul de particule Large Hadron Collider (LHC) al CERN atinge un vârf de 0,01 PeV. Aceste raze cosmice extreme i-au intrigat de mult timp pe astrofizicieni: de unde provin? Și cum pot fi accelerate particulele la astfel de viteze în vidul interstelar?

Ideea că supernovele – exploziile cataclismice care marchează moartea stelelor masive – ar putea fi sursa acestor raze cosmice nu este nouă. Aceste evenimente eliberează o energie colosală și sunt însoțite de câmpuri magnetice puternice, două ingrediente esențiale pentru accelerarea particulelor. Dar până acum, rămășițele supernovelor observate în galaxia noastră nu au dezvăluit niciodată raze cosmice de o asemenea intensitate. Acest paradox a reprezentat o provocare pentru ipoteză.

Un nou studiu, care va fi publicat în curând în Astronomy & Astrophysics, oferă un răspuns neașteptat: da, supernovele pot deveni într-adevăr „PeVatroni” (denumirea dată acceleratoarelor cosmice capabile să atingă PeV)… dar în condiții foarte specifice. Steaua care explodează trebuie să fi pierdut multă masă înainte de sfârșitul său – cel puțin dublul masei Soarelui – prin intermediul vânturilor stelare. Și mai presus de toate, acest material ejectat nu trebuie să se fi dispersat prea departe: trebuie să formeze o învelișă densă și compactă în jurul stelei. Când se produce supernova, unda de șoc trece prin această învelișul de gaz, creând un mediu magnetic super-puternic care propulsează particulele într-un adevărat carusel energetic. Cu fiecare revenire, acestea câștigă viteză, atingând niveluri extreme de energie… înainte de a scăpa în spațiu.

Problema: acest fenomen ultra-puternic durează doar câteva luni. Apoi, unda de șoc se stinge, iar accelerația se oprește. Acest lucru explică de ce nu am observat încă o supernovă care să producă raze cosmice PeV: această supernovă ar trebui să explodeze exact la momentul potrivit și nu prea departe de noi, ceea ce este extrem de rar. Până în ziua aceea, oamenii de știință continuă să reconstruiască puzzle-ul observând urmele lăsate de aceste acceleratoare naturale antice. Și poate că într-o zi, universul ne va oferi un PeVatron real.

Știință&Tehnică

Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România