Raios cósmicos ultraenergéticos têm origem extragaláctica

Com informações do CBPF -  

O Observatório Pierre Auger possui detectores espalhados por uma área de 3 mil km².[Imagem: Pierre Auger]

Partículas estrangeiras

Pesquisadores do Observatório Pierre Auger - o maior observatório do mundo dedicado ao estudo e à detecção de raios cósmicos, localizado na Argentina - concluíram que os raios cósmicos de mais alta energia têm origem extragaláctica.

A conclusão, que afirma que as partículas mais energéticas da natureza, que atingem constantemente a atmosfera terrestre, vêm de fora da Via Láctea, é assinada por cerca de 500 cientistas, provenientes dos 17 países-membros, dentre eles 30 do Brasil, todos participantes da chamada Colaboração Pierre Auger.

"A chance de essa conclusão ser fruto do acaso é de dois em 10 milhões," disse Carola Chinellato, professora da Unicamp e presidente da comissão brasileira no observatório.

A partir de dados coletados entre janeiro de 2004 e agosto de 2016, os pesquisadores observaram que raios cósmicos ultraenergéticos - acima de 8 vezes 10¹⁸ elétrons-volts (eV) - chegam em maior número à Terra vindos da mesma direção.

Essa região no céu de onde vêm mais raios cósmicos ultraenergéticos coincide com a localização de grande parte das galáxias vizinhas da Via Láctea, em um raio de até 700 mil anos-luz. "Essa é uma forte evidência de que os raios cósmicos de altas energias vêm de fora da Via Láctea", disse Chinellato.

Raios cósmicos ultraenergéticos

Núcleos atômicos leves como o do hidrogênio, ou pesados como o do ferro, os raios cósmicos chegam à Terra vindos do espaço a todo instante.

O fluxo dessas partículas subatômicas para a Terra, contudo, diminui abruptamente conforme a energia aumenta. As de energia acima de 10¹⁸ eV, denominadas ultraenergéticas, aparecem na Terra com uma frequência de 1 partícula por quilômetro quadrado por ano.

Por esse motivo, a origem e os mecanismos cósmicos que produzem esses raios cósmicos ultraenergéticos, conhecidos há mais de 50 anos, continuam sendo um mistério. Por que eles não são gerados na Via Láctea? O meio intergaláctico desempenha algum papel em sua aceleração? Será que eles usam as galáxias como apoio gravitacional, assim como as sondas espaciais usam a gravidade dos planetas para ganhar velocidade? Estas são perguntas que ainda precisarão ser respondidas.

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O Observatório Pierre Auger, que está sendo modernizado, estuda os raios cósmicos medindo os chuveiros atmosféricos produzidos quando essas partículas entram na atmosfera. [Imagem: Observatório Pierre Auger]

Chuveiro de partículas

Ao atingirem a atmosfera terrestre, a cerca de 10 km a 20 km de altitude, os raios cósmicos ultraenergéticos colidem com núcleos atômicos do ar, como de nitrogênio e oxigênio.

Essas colisões geram centenas ou milhares de outras partículas que seguem rumo ao solo, quase à velocidade da luz (de cerca de 300 mil km por segundo), na forma de cascatas de partículas, chamadas de "chuveiro atmosférico extenso".

As partículas carregadas no chuveiro excitam as moléculas de nitrogênio no ar, produzindo uma tênue luz azul, que é captada por telescópios de fluorescência do Observatório Pierre Auger durante noites claras. As partículas também são registradas por 1.660 detectores de superfície do observatório, batizado em homenagem ao físico francês Pierre Auger (1899-1992).

Espalhados por uma área de 3 mil km², em uma região plana ao lado dos Andes, os detectores, que operam ininterruptamente, consistem em tanques de polietileno, preenchidos com 12 mil litros de água ultrapurificada e instrumentalizados com sensores fotomultiplicadores.

Quando as partículas de um chuveiro atmosférico atravessam a água no interior do tanque é emitida luz - chamada radiação Cherenkov - que pode ser medida nos sensores.

Com base na análise desses dois tipos de luz, entre outros dados, é possível extrair diversas informações sobre o raio cósmico (dito primário) que iniciou a cascata de partículas no alto da atmosfera.

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Bibliografia:

Observation of a large-scale anisotropy in the arrival directions of cosmic rays above 8 × 1018 eV
The Pierre Auger Collaboration
Science
Vol.: 357, Issue 6357, pp. 1266-1270
DOI: 10.1126/science.aan4338