Dois tipos de populações de origem galáctica poderiam explicar a observação dos raios cósmicos até a região do “joelho”

Observações de raios gama difusos, com energias acima de centenas de teraelétron-volts (TeV), provenientes do disco galáctico, fornecem fortes evidências da existência de aceleradores de raios cósmicos na faixa de petaelétron-volts (PeV), conhecidos como PeVatrons, em nossa Galáxia. A detecção desses raios gama de ultra-alta energia é crucial para compreender a origem e a propagação dos raios cósmicos mais energéticos, que desempenham um papel fundamental na dinâmica e evolução galáctica. A identificação e caracterização desses PeVatrons representam um dos maiores desafios da astrofísica de partículas atual, impulsionando a pesquisa em observatórios de raios gama e cósmicos.

Contudo, um número crescente de observações tem descartado a maioria dos remanescentes de supernovas como prováveis candidatos a PeVatrons. Essa constatação sugere, de forma contundente, que a Galáxia abriga múltiplas populações de fontes de raios cósmicos, e não apenas um tipo dominante. A busca por esses aceleradores de partículas de alta energia tem levado os cientistas a explorar outras classes de objetos astrofísicos que poderiam ser responsáveis pela produção dos raios cósmicos observados até a região do “joelho” no espectro de energia.

Recentemente, a colaboração LHAASO (Large High Altitude Air Shower Observatory) reportou a detecção de raios gama de ultra-alta energia originários de microquasares. Essa descoberta é de suma importância, pois estabelece que os buracos negros presentes nesses sistemas, que ativamente acumulam matéria de estrelas companheiras, são, de fato, poderosos aceleradores de partículas capazes de atingir energias na faixa de PeV. A identificação dos microquasares como PeVatrons potenciais abre novas perspectivas para a compreensão dos mecanismos de aceleração de partículas em ambientes extremos do universo.

Diante dessas evidências e desafios, o presente trabalho propõe um modelo de fonte de dois componentes para explicar o espectro e a composição dos raios cósmicos observados até a faixa de PeV. Este modelo busca conciliar as observações existentes, que apontam para a insuficiência dos remanescentes de supernovas como únicos PeVatrons, com as novas descobertas que destacam o papel dos microquasares. A abordagem de múltiplos componentes é essencial para uma descrição mais completa e precisa da origem dos raios cósmicos galácticos.

De acordo com o modelo proposto, abaixo de aproximadamente 100 TeV, os remanescentes de supernovas continuam a ser considerados as fontes dominantes de raios cósmicos. Sua capacidade de acelerar partículas até essas energias é bem estabelecida e amplamente aceita na comunidade científica. No entanto, acima dessa energia limiar, os microquasares emergem como a principal população candidata para a aceleração de raios cósmicos, preenchendo a lacuna deixada pelos remanescentes de supernovas e fornecendo uma explicação coerente para as observações de partículas de energias mais elevadas.

A distinção entre essas duas populações de fontes, com suas respectivas contribuições em diferentes faixas de energia, oferece uma nova perspectiva sobre a complexidade dos processos de aceleração de raios cósmicos na Galáxia. Este modelo não apenas integra as descobertas recentes, mas também fornece uma estrutura teórica para futuras investigações e observações. A validação ou refinamento deste modelo por meio de dados adicionais de raios gama e raios cósmicos será crucial para consolidar nossa compreensão sobre a origem dos raios cósmicos de alta energia.