Usando um telescópio na Namíbia, astrônomos e físicos descobriram elétrons extremamente energéticos entre a chuva contínua de raios cósmicos, as partículas carregadas (principalmente prótons e elétrons) que vêm de fontes desconhecidas no Universo.
© Nahks Tr'Ehnl (partículas carregadas girando e saindo de um pulsar)
Alguns desses elétrons carregam três vezes mais potência do que pode ser criado pelo acelerador de partículas mais poderoso do mundo: o valor relatado de 40 TeV (tera elétron-volt) é um recorde entre elétrons de raios cósmicos. Esses elétrons de altíssima energia devem se originar em nossa própria vizinhança cósmica.
Uma maneira de detectar raios cósmicos é procurando por flashes ultra breves e tênues de radiação Cerenkov, produzidos quando essas partículas interagem com a atmosfera da Terra. O High Energy Stereoscopic System (HESS), na Namíbia, é uma matriz de um "coletor de luz" de 28 metros e quatro de 12 metros que faz exatamente isso. O brilho de cada flash Cerenkov informa a energia da partícula de raio cósmico incidente, mas somente estudando estatisticamente grandes conjuntos de dados é possível discernir entre prótons e elétrons.
Os cientistas da colaboração HESS efetuaram uma análise estatística completa de 2.728 horas de dados obtidos entre 2003 e 2015. Eles excluíram áreas do céu como o plano da Via Láctea que contêm fontes conhecidas de raios gama, pois esses fótons energéticos também produzem radiação Cerenkov em nossa atmosfera. Os pesquisadores também usam simulações de computador elaboradas para modelar os processos na atmosfera e a resposta dos detectores do telescópio.
Em energias cada vez mais altas, o número de partículas de raios cósmicos cai rapidamente, mas essa queda é muito mais acentuada para elétrons do que para prótons. Por volta de 20 TeV, os prótons já superam os elétrons por um fator de 100.000. Então, para medir elétrons de energia muito mais alta, a equipe deve primeiro se livrar do "fundo" dos prótons muito mais numerosos. No final, a equipe ficou com 265.574 eventos que são provavelmente causados por elétrons de raios cósmicos, com energias entre 0,3 e 40 TeV. Os eventos também podem representar pósitrons, as antipartículas carregadas positivamente dos elétrons, já que o HESS não consegue discriminar entre os dois.
O que é interessante sobre os elétrons de alta energia é que eles devem ser produzidos por fontes “locais”, ou seja, dentro de no máximo alguns milhares de anos-luz. Isso ocorre porque quanto maior a energia de um elétron, mais rápido ele a perde por meio de interações com fótons ou campos magnéticos. Os remanescentes de supernovas ou nebulosas de vento pulsar são capazes de acelerar elétrons para energias da ordem de TeV. Mas, infelizmente, é impossível identificar fontes individuais desses raios cósmicos, uma vez que os campos magnéticos cósmicos desviam e embaralham os caminhos de partículas carregadas à medida que viajam pelo espaço.
Algumas informações, no entanto, podem ser obtidas observando o espectro de elétrons: a maneira precisa em que o número de partículas cai com a energia. Acima de aproximadamente 1 TeV, a quantidade de elétrons cai muito mais rapidamente, uma quebra espectral relativamente acentuada que os pesquisadores sugerem que aponta para um pequeno número de fontes próximas, ou talvez até mesmo apenas uma. Se houvesse mais fontes, suas contribuições teriam manchado quaisquer características espectrais proeminentes.
Instalações futuras como o Cerenkov Telescope Array (CTA), que está em construção no norte do Chile e nas Ilhas Canárias, podem revelar o que está acontecendo. O CTA fornecerá estatísticas muito melhores, o que torna muito mais fácil se livrar do fundo de prótons e raios gama.
Um artigo está sendo publicado no periódico Physical Review Letters.
Fonte: Sky & Telescope
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