Astrofísicos usando o Experimento de matriz de telescópio em Utah, nos Estados Unidos, detectaram o segundo maior raio cósmico de energia extrema.
Uma ilustração artística da partícula Amaterasu observada por um conjunto de detectores de superfície do experimento Telescope Array. Crédito da imagem: Universidade Metropolitana de Osaka/L-INSIGHT, Universidade de Kyoto/Ryuunosuke Takeshige.
Em 1991, o Experiência Fly’s Eye de alta resolução detectou o raio cósmico de maior energia já observado.
Mais tarde apelidada de partícula Oh-My-God, a energia do raio cósmico chocou os astrofísicos. Nada na nossa Galáxia tinha o poder de produzi-lo, e a partícula tinha mais energia do que era teoricamente possível para os raios cósmicos que viajavam para a Terra vindos de outras galáxias.
Liderado pela Universidade de Utah e pela Universidade de Tóquio, o Telescope Array já observou mais de 30 raios cósmicos de energia ultra-elevada, embora nenhum se aproximasse da energia do nível Oh-Meu-Deus. Nenhuma observação revelou ainda sua origem ou como eles conseguem viajar até a Terra.
Em 27 de maio de 2021, o experimento Telescope Array detectou o segundo maior raio cósmico de energia extrema.
Em 2,4*1020 eV, a energia desta única partícula subatômica é equivalente a deixar cair um tijolo no dedo do pé, na altura da cintura.
O Telescope Array consiste em 507 estações detectoras de superfície dispostas em uma grade quadrada que cobre 700 km2 fora de Delta, Utah.
O evento acionou 23 detectores na região noroeste do Telescope Array, espalhando-se por 48 km2.
A direção de sua chegada parecia ser do Vazio Local, uma área vazia do espaço que faz fronteira com a Via Láctea.
“As partículas têm uma energia tão alta que não deveriam ser afetadas por campos magnéticos galácticos e extragalácticos”, disse o Dr. John Matthews, co-porta-voz do Telescope Array na Universidade de Utah.
“Você deve ser capaz de apontar de onde eles vêm no céu.”
“Mas no caso da partícula Oh-My-God e desta nova partícula, você traça sua trajetória até sua fonte e não há nada com energia alta o suficiente para produzi-la.”
“Esse é o mistério – o que diabos está acontecendo?”
Os pesquisadores a chamaram de partícula Amaterasu em homenagem à deusa do Sol na mitologia japonesa.
As partículas Oh-My-God e Amaterasu foram detectadas usando diferentes técnicas de observação, confirmando que, embora raros, estes eventos de energia ultra-elevada são reais.
“Esses eventos parecem vir de lugares completamente diferentes no céu. Não é como se houvesse uma fonte misteriosa”, disse o professor John Belz, da Universidade de Utah.
“Podem ser defeitos na estrutura do espaço-tempo, colisões de cordas cósmicas. Quero dizer, estou apenas cuspindo ideias malucas que as pessoas estão apresentando porque não há uma explicação convencional.”
Os raios cósmicos de ultra-alta energia devem exceder 5*1019 eV. Isso significa que uma única partícula subatômica carrega a mesma energia cinética que a bola rápida de um arremessador da liga principal e tem dezenas de milhões de vezes mais energia do que qualquer acelerador de partículas feito pelo homem pode alcançar.
Os astrofísicos calcularam este limite teórico, conhecido como Corte de Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK)como a energia máxima que um próton pode manter viajando por longas distâncias antes que o efeito das interações da radiação de fundo de micro-ondas consuma sua energia.
Candidatos a fontes conhecidas, como núcleos galácticos ativos ou buracos negros com discos de acreção que emitem jatos de partículas, tendem a estar a mais de 160 milhões de anos-luz de distância da Terra.
A nova partícula é 2,4*1020 eV e a partícula Oh-My-God 3,2*1020 eV ultrapassa facilmente o ponto de corte.
Os cientistas também analisaram a composição dos raios cósmicos em busca de pistas sobre as suas origens: partículas mais pesadas, como os núcleos de ferro, têm mais carga e são mais susceptíveis de se curvarem num campo magnético do que as partículas mais leves feitas de protões de um átomo de hidrogénio.
A nova partícula é provavelmente um próton.
A física de partículas determina que um raio cósmico com energia além do corte GZK é muito poderoso para que o fundo de micro-ondas distorça seu caminho, mas o rastreamento de sua trajetória aponta para o espaço vazio.
“Talvez os campos magnéticos sejam mais fortes do que pensávamos, mas isso discorda de outras observações que mostram que não são fortes o suficiente para produzir uma curvatura significativa nessas energias de dez elevado a vigésimo elétron-volt. É um verdadeiro mistério”, disse o professor Belz.
O descobertas aparece hoje no jornal Ciência.
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Colaboração com matrizes de telescópios. 2023. Um raio cósmico extremamente energético observado por um conjunto de detectores de superfície. Ciência 382 (6673): 903-907; doi: 10.1126/science.abo5095
