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Os pesquisadores da Universidade de Delaware fazem parte da colaboração que estuda os raios cósmicos. Além dos tanques de detecção Cherenkov cheios de água, o Observatório Pierre Auger na Argentina tem um segundo tipo de captador de raios cósmicos - detectores de fluorescência. As partículas carregadas em um chuveiro de raios cósmicos interagem com o nitrogênio atmosférico, fazendo com que ele emita luz ultravioleta por meio de um processo denominado fluorescência, que é invisível ao olho humano - mas não a este detector óptico. Crédito: University of Delaware
Partículas menores do que um átomo se espalham pelo universo quase na velocidade da luz, lançadas no espaço de algo, em algum lugar, no cosmos.
Uma colaboração científica do Observatório Pierre Auger, incluindo pesquisadores da Universidade de Delaware, mediu a mais poderosa dessas partículas - raios cósmicos de ultra alta energia - com precisão sem precedentes. Ao fazer isso, eles encontraram uma "torção" no espectro de energia que está iluminando mais as possíveis origens desses viajantes espaciais subatômicos.
As descobertas da equipe são baseadas na análise de 215.030 eventos de raios cósmicos com energias acima de 2,5 quintilhões de elétron-volts (eV), registrados na última década pelo Observatório Pierre Auger na Argentina. É o maior observatório do mundo para estudar os raios cósmicos .
A nova característica espectral, uma torção no espectro de energia dos raios cósmicos em cerca de 13 quintilhões de elétron-volts, representa mais do que pontos traçados em um gráfico. Isso leva a humanidade um passo mais perto de resolver os mistérios das partículas mais energéticas da natureza, de acordo com Frank Schroeder, professor assistente do Bartol Research Institute no Departamento de Física e Astronomia da UD, que participou do estudo com o apoio da Universidade da Delaware Research Foundation. A pesquisa está publicada na Physical Review Letters e Física Review D .
Entre o "tornozelo" e o "dedo do pé"
Schroeder e o pesquisador de pós-doutorado da UD Alan Coleman, que contribuíram para a análise dos dados, são membros da Colaboração Pierre Auger há vários anos. A UD se juntou oficialmente à colaboração como membro institucional em 2018. Esta equipe de mais de 400 cientistas de 17 países opera o observatório, que ocupa uma área de 1.200 milhas quadradas, do tamanho de Rhode Island.
O observatório tem mais de 1.600 detectores chamados estações de água-Cherenkov espalhados pelas planícies altas de Pampa Amarilla (Pradaria Amarela), supervisionados por 27 telescópios de fluorescência. Coletivamente, esses instrumentos medem a energia que uma partícula de raios cósmicos de energia ultra-alta libera na atmosfera e fornecem uma avaliação indireta de sua massa. Todos esses dados - energia, massa e a direção de onde essas partículas extraordinárias chegaram - fornecem pistas importantes sobre suas origens.
Anteriormente, os cientistas pensavam que essas partículas de raios cósmicos de ultra-alta energia eram principalmente prótons de hidrogênio, mas esta última análise confirma que as partículas têm uma mistura de núcleos - alguns mais pesados que oxigênio ou hélio, como silício e ferro, por exemplo.
Traçado no gráfico curvo que representa o espectro de energia dos raios cósmicos, você pode ver a torção - uma seção íngreme e achatada - entre a área referida pelos cientistas como "o tornozelo" e o ponto inicial do gráfico, chamado de "dedo do pé ".
“Não temos um nome específico para ele”, disse Coleman, que fazia parte da equipe de 20 pessoas que escreveu o código do computador e fez a análise de números necessária para a extensa análise de dados . "Acho que estamos ficando sem partes da anatomia para chamá-lo", disse ele, brincando.
Directamente envolvido na descoberta, Coleman melhorou a reconstrução da cascata de partículas, que os raios cósmicos criam ao incidir na atmosfera, para estimar a energia. Ele também realizou estudos detalhados para garantir que esse novo ponto de inflexão fosse real e não um artefato do detector. O trabalho do grupo de dados demorou mais de dois anos.
"Obviamente, é muito leve", disse Coleman sobre a torção espectral. "Mas toda vez que você vê um solavanco como este, isso sinaliza que a física está mudando e isso é muito emocionante".
É muito difícil determinar a massa dos raios cósmicos que chegam, disse Coleman. Mas a medição da colaboração é tão robusta e precisa que uma série de outros modelos teóricos de onde os raios cósmicos de ultra-alta energia estão vindo agora podem ser eliminados, enquanto outros caminhos podem ser seguidos com mais vigor.
"Desde que os raios cósmicos foram descobertos há 100 anos, a pergunta de longa data é: o que acelera essas partículas?" Schroeder disse. "As medições da Colaboração Pierre Auger fornecem dicas importantes sobre o que podemos excluir como fonte. A partir de trabalhos anteriores, sabemos que o acelerador não está em nossa galáxia. Por meio dessa última análise, podemos corroborar ainda mais nossas indicações anteriores de que energia ultra-alta raios cósmicos não são apenas prótons de hidrogênio, mas também uma mistura de núcleos de elementos mais pesados , e essa composição muda com a energia".
Uma série de estações detectoras de raios cósmicos do Observatório Pierre Auger perto de Malargüe, Argentina. A Universidade de Delaware é membro da colaboração internacional que opera o observatório, que inclui mais de 400 cientistas de 17 países. Crédito: University of Delaware
Os cientistas especulam que os núcleos galácticos ativos podem ser uma fonte de raios cósmicos de ultra-alta energia. Os núcleos galácticos ativos são buracos negros supermassivos no centro das galáxias, que apresentam jatos gigantescos de matéria que escapam de cair no buraco negro. Centaurus A, mostrado aqui, é um exemplo desta classe de galáxias em nossa vizinhança galáctica, a menos de 20 milhões de anos-luz da Terra. Crédito: University of Delaware
Explore mais
Mais informações: A. Aab et al. Características do espectro de energia dos raios cósmicos acima de 2,5 × 1018 eV usando o Observatório Pierre Auger, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.125.121106
A. Aab et al. Medição do espectro de energia de raios cósmicos acima de 2,5 × 1018 eV usando o Observatório Pierre Auger, Physical Review D (2020). DOI: 10.1103 / PhysRevD.102.062005
Fonte: Phys News / pela Universidade de Delaware / 17-10-2020
https://phys.org/news/2020-10-feature-energy-spectrum-universe-powerful.html
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HélioR.M.Cabral (Economista,
Escritor e Divulgador de conteúdos da
Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso de
Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina
(UFSC).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.
Membro da Society for
Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA
(National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa
do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (Clouds and Earth´sRadiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica
Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric
Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
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