Particulele fantomă care te lovesc zilnic vin de la stele moarte: Ce au descoperit cercetătorii despre supernovele care zguduie universul

Într-un colț aparent liniștit al galaxiei noastre, au loc unele dintre cele mai spectaculoase și violente evenimente din tot universul. Supernovele, exploziile cataclismice ale stelelor masive, s-ar putea să ascundă un secret pe care fizicienii și astronomii îl vânează de zeci de ani: cele mai puternice acceleratoare de particule din cosmos, numite PeVatroane. Iar noile cercetări oferă în sfârșit o explicație convingătoare pentru acest mister cosmic.

Ce sunt PeVatroanele și de ce contează

În fiecare clipă, ești lovit de o particulă invizibilă care vine din spațiul cosmic. Acestea sunt razele cosmice – particule încărcate electric, în general protoni sau nuclee de elemente grele, care străbat spațiul cu viteze apropiate de cea a luminii. Majoritatea sunt absorbite de atmosfera Pământului, dar câteva reușesc să ajungă până la sol și chiar să te traverseze.

Cele mai puternice dintre aceste raze ating energii uluitoare, de ordinul unui peta-electronvolt (PeV), adică de 1.000 de ori mai mari decât cele produse de Large Hadron Collider (LHC), cel mai mare accelerator de particule construit vreodată pe Pământ. De unde vin aceste energii inimaginabile?

Răspunsul pare să fie: de la supernove. Deși ideea nu e nouă, dovezile clare au lipsit până acum. Observațiile anterioare asupra unor rămășițe de supernove, precum Tycho sau Cassiopeia A, au arătat că particulele emise nu aveau energia necesară pentru a fi considerate PeV. Însă un nou studiu acceptat pentru publicare în Astronomy & Astrophysics schimbă totul.

Rețeta pentru un accelerator cosmic

Cercetătorii au descoperit că, pentru ca o supernovă să devină un PeVatron, trebuie îndeplinite mai multe condiții. În primul rând, steaua care explodează trebuie să fi pierdut o cantitate uriașă de masă înainte de momentul exploziei – cel puțin de două ori masa Soarelui. Asta se întâmplă prin vânturi stelare intense care smulg straturile exterioare ale stelei.

Dar masa pierdută nu trebuie să se împrăștie haotic în spațiu. Dimpotrivă, ea trebuie să rămână aproape de stea, formând o „coajă” densă de materie. Apoi, când supernova explodează, unda de șoc lovește această coajă cu o forță colosală.

În acel moment, câmpurile magnetice cresc până la valori extreme. Particulele subatomice aflate în acea coajă sunt prinse în unda de șoc și accelerate printr-un mecanism de tip „ping-pong”: sunt aruncate înainte și înapoi, câștigând energie la fiecare impact. Când energia lor atinge pragul necesar, particulele scapă din sistem și pornesc spre univers, devenind raze cosmice de energie PeV.

Această fază violentă durează doar câteva luni, după care șocul își pierde din forță. De aceea, e foarte greu să „prinzi în flagrant” un PeVatron în acțiune. Chiar dacă în Calea Lactee are loc o supernovă o dată la câțiva ani, niciuna nu a fost suficient de apropiată în epoca modernă pentru a putea observa direct această fereastră scurtă.

Ce înseamnă asta pentru viitorul fizicii

Această descoperire nu doar că susține ipoteza supernovelor ca sursă a razelor cosmice de energie înaltă, dar și deschide o nouă eră în cercetarea universului violent. Dacă reușim să surprindem o astfel de explozie în timp real, am putea observa procese care depășesc orice tehnologie de pe Pământ.

PeVatroanele galactice oferă o oportunitate unică de a înțelege fizica în condiții extreme, mult dincolo de ce poate oferi LHC sau orice alt accelerator construit de om. Asta înseamnă că putem testa teorii fundamentale despre materia întunecată, gravitație și structura spațiu-timpului.

Mai mult, descoperirea poate contribui și la identificarea surselor razelor cosmice care afectează atmosfera Pământului și influențează clima și comunicațiile satelitare.

Așadar, ține ochii pe cer. Poate că următoarea supernovă, suficient de apropiată de noi pentru a fi observată în detaliu, nu doar că va lumina cerul nopții, ci și va lumina misterele cele mai profunde ale universului. Până atunci, rămâne să ne imaginăm uriașele coliziuni de particule care au loc în întunericul cosmic, depășind cu mult tot ce am construit noi vreodată.