Raio gama de energia ultra-alta - Ultra-high-energy gamma ray

Os raios gama de ultra-alta energia são raios gama com energias de fótons superiores a 100 TeV (0,1 PeV). Eles têm uma frequência maior que 2,42 × 10 28 Hz e um comprimento de onda menor que 1,24 × 10 −20  m. A existência desses raios foi confirmada em 2019. Em um comunicado à imprensa de 18 de maio de 2021, o Grande Observatório de Chuveiros Aéreos de Alta Altitude (LHAASO) relatou a detecção de uma dúzia de raios gama de ultra-alta energia com energias superiores a 1 peta-elétron-volt (quatrilhão de elétron-volts ou PeV), incluindo um a 1,4 PeV, o fóton de maior energia já observado. Os autores do relatório nomearam as fontes desses raios gama PeV como PeVatrons.

Importância

Os raios gama de ultra-alta energia são importantes porque podem revelar a fonte dos raios cósmicos . Descontando o efeito relativamente fraco da gravidade, eles viajam em linha reta de sua fonte até um observador. Isso é diferente dos raios cósmicos, que têm sua direção de viagem embaralhada por campos magnéticos. Fontes que produzem raios cósmicos quase certamente produzirão raios gama também, já que as partículas de raios cósmicos interagem com núcleos ou elétrons para produzir fótons ou píons neutros que, por sua vez, decaem para fótons de energia ultra-alta.

A proporção de hádrons de raios cósmicos primários para raios gama também dá uma pista sobre a origem dos raios cósmicos. Embora os raios gama possam ser produzidos perto da fonte dos raios cósmicos, eles também podem ser produzidos pela interação com a radiação cósmica de fundo por meio do corte de limite de Greisen -Zatsepin-Kuzmin acima de 50 EeV.

Os raios gama de ultra-alta energia interagem com os campos magnéticos para produzir pares pósitron-elétron. No campo magnético da Terra, um fóton de 10 21 eV deve interagir cerca de 5000 km acima da superfície da Terra. As partículas de alta energia então passam a produzir mais fótons de baixa energia que podem sofrer o mesmo destino. Este efeito cria um feixe de vários fótons de raios gama 10 17 eV indo na mesma direção do fóton UHE original. Este feixe tem menos de 0,1 m de largura quando atinge a atmosfera. Esses raios gama têm energia muito baixa para mostrar o efeito Landau – Pomeranchuk – Migdal . Apenas o campo magnético perpendicular ao caminho do fóton causa a produção de pares, de modo que os fótons que vêm em paralelo às linhas do campo geomagnético podem sobreviver intactos até encontrarem a atmosfera. Esses fótons que passam pela janela magnética podem produzir chuveiros Landau – Pomeranchuk – Migdal.

Classe energia energia energia frequência Comprimento de onda comparação propriedades
TeV eV μJ yottahertz atômetros
10 -12 1 1,602 × 10 −13  μJ 2,418 × 10 −12 YHz 1,2398 × 10 12 am fóton infravermelho próximo (para comparação)
0,1 TeV 1 × 10 11 0,01602 μJ 24,2 YHz 12h Bóson Z
Raios gama de energia muito alta
1 TeV 1 × 10 12 0,1602 μJ 242 YHz 1,2 am mosquito voador produz luz Cherenkov
10 TeV 1 × 10 13 1,602 μJ 2,42 × 10 3 YHz 0,12 am chuveiro de ar atinge o solo
100 TeV 1 × 10 14 16,02 μJ 2,42 × 10 4 YHz 0,012 am bola de pingue-pongue caindo de um taco faz com que o nitrogênio fique fluorescente
Raios gama de ultra-alta energia
1000 TeV 1 × 10 15 160,2 μJ 2,42 × 10 5 YHz 1,2 × 10-3  am
10 000 TeV 1 × 10 16 1602 μJ 2,42 × 10 6 YHz 1,2 × 10 −4 da  manhã energia potencial da bola de golfe em um tee
100.000 TeV 1 × 10 17 1,602 × 10 4  μJ 2,42 × 10 7 YHz 1,2 × 10-5  am
1 000 000 TeV 1 × 10 18 1,602 × 10 5  μJ 2,42 × 10 8 YHz 1,2 x 10 -6  am
10.000.000 TeV 1 × 10 19 1,602 × 10 6  μJ 2,42 × 10 9 YHz 1,2 × 10 -7  am tiro de rifle de ar
1.220 91 × 10 16  TeV 1,22091 × 10 28 1.95611 × 10 9  J 1.855 × 10 19 YHz 1,61623 × 10 -17  am explosão de um tanque de carro cheio de gasolina
Energia de Planck

Referências

links externos