Cientistas espaciais da Universidade de Utah, nos Estados Unidos (EUA), detectaram uma partícula de raio cósmico, extremamente raro e de energia ultra-alta que eles acreditam ter viajado para a Terra vinda de além da Via Láctea. Os pesquisadores trabalham em busca de compreender as origens misteriosas de raios cósmicos.
A energia desta partícula subatômica, invisível a olho nu, equivale a deixar cair um tijolo da altura da cintura no dedo do pé, segundo os autores de uma nova pesquisa publicada quinta-feira na revista Science. Ele rivaliza com o raio cósmico mais energético já observado, a partícula “Oh-My-God” que foi detectada em 1991, descobriu o estudo.
Os raios cósmicos são partículas carregadas que viajam pelo espaço e chovem constantemente na Terra. Os raios cósmicos de baixa energia podem emanar do sol, mas os de energia extremamente alta são excepcionais. Acredita-se que eles viajem para a Terra vindos de outras galáxias e fontes extragalácticas.
“Se você estender a mão, um (raio cósmico) passa pela palma da sua mão a cada segundo, mas essas são coisas de baixa energia”, disse o coautor do estudo John Matthews, professor pesquisador da Universidade de Utah.
“Quando se trata desses raios cósmicos de alta energia, é mais como um por quilômetro quadrado por século. Nunca vai passar pela sua mão.”
Apesar de anos de investigação, as origens exatas destas partículas de alta energia ainda não são claras. Acredita-se que estejam relacionados com os fenómenos mais energéticos do Universo, como os que envolvem buracos negros, explosões de raios gama e núcleos galácticos ativos, mas os maiores já descobertos até agora parecem originar-se de vazios ou espaço vazio – onde não há fenômenos celestes violentos.
Rastreando raios cósmicos de alta energia
A partícula recentemente descoberta, apelidada de partícula Amaterasu em homenagem à deusa do sol na mitologia japonesa, foi avistada por um observatório de raios cósmicos no deserto oeste de Utah, conhecido como Telescope Array.
Estação telescópica em Utah, com estrelas girando no alto / Universidade de Utah
O Telescope Array, que começou a operar em 2008, é composto por 507 detectores de superfície do tamanho de uma mesa de pingue-pongue, cobrindo 700 quilômetros quadrados.
Ele observou mais de 30 raios cósmicos de ultra-alta energia, mas nenhum maior do que a partícula Amaterasu, que atingiu a atmosfera acima de Utah em 27 de maio de 2021, fazendo chover partículas secundárias para o solo, onde foram captadas pelos detectores, de acordo com o estudo.
“Você pode observar quantas partículas atingiram cada detector e isso lhe dirá qual era a energia do raio cósmico primário”, disse Matthews.
O evento acionou 23 dos detectores de superfície, com uma energia calculada de cerca de 244 exa-elétron-volts. A “partícula Oh My God” detectada há mais de 30 anos tinha 320 exa-elétron-volts.
Para referência, 1 exa-elétron-volt equivale a 1 bilhão de gigaelétron-volts, e 1 gigaelétron-volt equivale a 1 bilhão de elétron-volts. Isso tornaria a partícula Amaterasu 244.000.000.000.000.000.000 elétron-volts. Em comparação, a energia típica de um elétron na aurora polar é de 40.000 elétron-volts, segundo a NASA.
Um raio cósmico de energia ultra-elevada transporta dezenas de milhões de vezes mais energia do que qualquer acelerador de partículas feito pelo homem, como o Large Hadron Collider, o acelerador mais poderoso alguma vez construído, explicou Glennys Farrar, professor de física na Universidade de Nova Iorque.
“O que é necessário é uma região de campos magnéticos muito elevados – como um LHC superdimensionado, mas natural. E as condições exigidas são realmente excepcionais, por isso as fontes são muito, muito raras, e as partículas são dissipadas no vasto universo, então as chances de uma delas atingir a Terra são mínimas”, disse Farrar, que não esteve envolvido no estudo, via e-mail.
A atmosfera protege amplamente os humanos de quaisquer efeitos nocivos das partículas, embora os raios cósmicos às vezes causem falhas no computador. As partículas, e a radiação espacial de forma mais ampla, representam um risco maior para os astronautas, com potencial para causar danos estruturais ao DNA e alterar muitos processos celulares, segundo a NASA.
Fonte misteriosa dos raios cósmicos
A fonte dessas partículas de energia ultra-alta confunde os cientistas.
Matthews, co-porta-voz da Telescope Array Collaboration, disse que os dois maiores raios cósmicos registrados pareciam “meio aleatórios” – quando suas trajetórias são rastreadas, parece não haver nada com energia suficiente para produzir tais partículas.
A partícula Amaterasu, especificamente, parecia originar-se do que é conhecido como Vazio Local, uma área vazia do espaço que faz fronteira com a Via Láctea.
“Se você pegar os dois eventos de energia mais alta – aquele que acabamos de encontrar, a partícula ‘Oh-My-God’ – eles nem parecem apontar para nada. Deve ser algo relativamente próximo. Os astrônomos com telescópios visíveis não conseguem ver nada realmente grande e realmente violento”, disse Matthews.
“Vem de uma região que parece um vazio local. É um vazio. Então, o que diabos está acontecendo?
Uma expansão do Telescope Array pode fornecer algumas respostas. Depois de concluídos, 500 novos detectores permitirão que o Telescope Array capture chuvas de partículas induzidas por raios cósmicos em 2.900 quilômetros quadrados (cerca de 1.120 milhas quadradas) – uma área quase do tamanho de Rhode Island, de acordo com o comunicado da Universidade de Utah.
