A ORIGEM DOS ELÉTRONS RELATIVÍSTICOS

A ORIGEM DOS ELÉTRONS RELATIVÍSTICOS

Existe uma segunda explicação para o declínio acentuado do espectro não-térmico que pode estar associada aos laços, ou estruturas de média escala, que se identificariam com fragmentos próximos de supernovas em avançados estágios de evolução. Neste caso o Sol estaria sendo envolvido por um destes fragmentos.
De acordo com modelos da difusão dos elétrons relativísticos injetados no meio interestelar por explosões de supernova, espera-se, de fato, que gradientes no índice espectral conduzam a quebras no espectro quando as escalas de tempo para perdas energéticas pelos mecanismos síncrotron () e Compton inverso () sejam iguais ou menores do que o intervalo de permanência dos elétrons no seu volume de confinamento Galáctico ( anos). Como

 

sendo  a seção de choque de Thomson e  a densidade de energia armazenada no campo magnético interestelar , segundo a Equação (9) devem ocorrer quebras no espectro entre 12 GHz (GeV). Porém, a ausência de quebras abruptas no espectro observado é uma conseqüência dos estreitos pulsos de emissão síncrotron, que alargam o espectro por efeito Doppler para elétrons de uma dada energia; e, portanto, um espectro de energias segundo uma lei de potência acaba produzindo apenas um aumento gradual no índice espectral da radiação.De forma geral, seria pertinente questionar a importância dos restos de supernova para o contínuo não-térmico da Galáxia, dado que a luminosidade  de uma fonte de radiação síncrotron pode ser estimada a partir da emissividade [ na Equação (4)] se o volume  da fonte for conhecido. Mas não saberemos se ela se deve à combinação de uma densidade eletrônica baixa e um campo magnético forte ou vice versa. Existe, no entanto, uma condição de energia mínima necessária, , para a densidade total de energia da região emissora, que inclui ainda a parcela correspondente aos prótons relativísticos (aproximadamente equivalente à dos elétrons na Nebulosa do Caranguejo, mas umas 100 vezes maior segundo estimativas no topo da atmosfera terrestre). Esta condição pode ser obtida se calcularmos a energia total das partículas relativísticas para uma distribuição de lei de potência mediante a substituição da constante  na expressão de  pela expressão correspondente da emissividade em termos de  e . O resultado indica que a energia mínima corresponde a um estado deequipartição entre as energias do campo  e das partículas na razão 3/4. Esta energia corresponderia à energia dos elétrons que emitiriam radiação no intervalo de freqüências limitado por , segundo a Equação (9), e uma freqüência mínima, . Porém, se considerarmos as perdas por difusão devido às diversas formas de interação dos elétrons com a matéria, campos magnéticos e de radiação, o espectro de injeção terá provavelmente . Fazendo, portanto,  e denominando de  a fração da densidade de energia total devida aos elétrons relativísticos, teremos (Longair 1994b):

 

 

Para um resto de supernova como Cassiopéia A, por exemplo,   erg e  G e, no entanto, uma análise da expansão dos seus filamentos ópticos implica numa energia cinética total em torno de  erg. Embora haja energia suficiente nos restos de supernovas (mesmo com ) para injetar elétrons relativísticos numa dada região da Galáxia, resta saber se tais objetos dariam conta de manter esta taxa de injeção de elétrons para a Galáxia como um todo. Ou seja, como a densidade média de energia dos raios cósmicos no meio interestelar é  MeV , a energia média liberada por explosão de supernova na forma de partículas de altas energias precisaria ser, em princípio, equivalente a

 

sendo  o intervalo médio de tempo entre explosões de supernovas na Galáxia ( 1 a cada 30 anos) e  o tempo característico para as partículas de altas energias abandonarem o volume de confinamento . Adotando para  o volume do disco Galáctico em rádio, mencionado na seção anterior, e supondo  da ordem dos tempos de escape da Galáxia inferidos a partir das abundâncias de núcleos de Be ( anos), resulta que  erg ( para Cassiopéia A). Portanto, parece bastante razoável supor que os elétrons relativísticos responsáveis pela emissão síncrotron da Galáxia se originam em restos de supernovas. Mesmo assim, tanto a aceleração dos elétrons como a geração de intensos campos magnéticos em restos de supernovas jovens não podem ser oriundos da explosão em si, já que estes perderiam sua energia adiabaticamente durante a fase de expansão antes de serem liberados para o meio interestelar. No entanto, a energia cinética do material ejetado supersonicamente cria zonas de instabilidade que propiciam a amplificação de campos magnéticos, enquanto a propagação das ondas de choque se constitui num mecanismo eficiente para garantir a aceleração das partículas relativísticas.Segundo Gehrels e Chen (1993), a bolha local que caracteriza a morfologia do gás do meio interestelar na vizinhança solar surgiu, provavelmente, da explosão da supernova que gerou o pulsar de Geminga². Eles calcularam que a taxa de decréscimo do período de pulsação de Geminga permite extrapolar no tempo a localizacão do evento da explosão e concluem que o resultado é compatível com a subseqüente interação entre o resto da supernova e o gás do meio interestelar local para reproduzir as particulariedades da bolha: em particular, a criação de uma cavidade de gás muito quente (K) e de baixa densidade (), que emite raios-X e permite detectar a radiação no extremo ultravioleta de estrelas próximas. Como a posição do Sol em relação à expansão do resto de supernova o coloca na frente de uma região densa e fria associada a um braço espiral, a expansão teria evaporado os contornos externos desta parede e envolvido o Sol numbolsão quente (-K, densidade média  e  pc de extensão) que se afasta da parede vagarosamente ( km/s). Se as estimativas estiveram corretas, o evento da supernova que criou Geminga teria acontecido a  anos, e a uns 60 pc do Sol ³ com um brilho equivalente ao da Lua.