Într-un colț aparent calm al galaxiei noastre, se desfășoară unele dintre cele mai uimitoare și enigmatice fenomene din univers. Supernovele — veritabile catastrofe stelare — nu sunt doar terminația unei stele, ci și începutul unei explorări cosmice captivante: descoperirea sursei celor mai energetice particule din Univers. Inima acestei narațiuni o constituie PeVatroanele, cele mai potente acceleratoare de particule naturale descoperite până acum.
Ce reprezintă PeVatroanele și importanța lor
În vastitatea cosmică, în fiecare secundă, Pământul este bombarda de așa-numitele raze cosmice — particule cu sarcină electrică (în special protoni și nucleele atomilor) accelerate la viteze îndeaproape de cea a luminii. Atunci când acestea interacționează cu atmosfera planetei noastre, pot declanșa cascade de particule secundare, unele ajungând chiar pe suprafața terestră.
Însă cele mai fascinante sunt acele raze cosmice cu energii extraordinare, ordonate în peta-electronvolți (PeV), de peste o mie de ori superior celor generate de Large Hadron Collider (LHC), cel mai puternic accelerator de particule creat de om. Aceste particule de ultra-înaltă energie reprezintă o enigmă. De unde provin și cine sau ce le accelerează la astfel de viteze?
De peste un secol, cercetătorii au bănuit supernovele — exploziile stelare uriașe — ca fiind explicația. Deși teoria părea promițătoare, dovezile directe au întârziat să apară. Acum, cercetările recente susțin cu tărie că supernovele sunt într-adevăr PeVatroane — „dispozitive stelare” capabile să accelereze particule către energii colosale.
Cum accelerează o supernovă particulele la energii imense?
O supernovă apare din prăbușirea și explozia unei stele masive, având cel puțin opt ori masa Soarelui. Totuși, pentru ca o astfel de explozie să devină un PeVatron, nu este suficientă doar masa și energia implicată. Este necesară o „rețetă” specifică.
– Pierdere masivă de masă: Înainte de explozie, steaua trebuie să fi experimentat pierderi considerabile de masă — cel puțin două mase solare — prin vânturi stelare.
– Coajă densă de materie: Aceste ejectări de materie trebuie să se concentreze, formând o „coajă” compactă în jurul stelei.
– Interacțiune cu unda de șoc: Atunci când explozia are loc, unda de șoc a supernovei lovește această coajă densă, comprimând-o violent. Câmpurile magnetice devin extrem de intense.
– Mecanismul de accelerare: Protonii și alte particule încărcate sunt prinse între fronturile de șoc, într-un mecanism de tip „ping-pong” (cunoscut și sub denumirea de mecanismul Fermi). De fiecare dată când sunt reflectați între câmpurile în mișcare, acești protoni acumulează energie.
Această fază tumultoasă, în care se formează PeVatroanele, durează doar câteva luni, un interval scurt comparativ cu scara temporală cosmică. Capturarea acestui moment este extrem de provocatoare și constituie motivul pentru care, până de curând, nu am reușit să observăm un PeVatron în acțiune.
Descoperiri recente care validează existența PeVatroanelor
În 2023, un grup internațional de astrofizicieni a publicat o cercetare în Astronomy & Astrophysics, care examinează date provenite de la mai multe observatoare de raze gamma de înaltă energie și neutrini cosmici. Aceștia au identificat un candidat foarte convingător: o rămășiță recentă de supernovă din Calea Lactee care prezintă toate caracteristicile distinctive ale unui PeVatron. Energia razelor gamma detectate depășește limitele cunoscute anterior, sugerând că protoni de energie PeV trebuie să fi fost implicați.
