Raios cósmicos não são raios e nascem em supernovas

Com informações da Agência Fapesp - 18/02/2013

A explosão estelar conhecida como supernova é capaz de irradiar energia equivalente à que o Sol emitirá durante toda a sua existência.
[Imagem: NASA/ESA/JHU/R.Sankrit/W.Blair]

Gerador de raios cósmicos

Raios cósmicos soam como itens típicos de filmes ou de livros de ficção científica, mas são ocorrências bem triviais.

Eles estão em toda a galáxia e chegam à Terra de todos os lados, acertando a superfície do planeta e tudo o que nela se encontra.

O grande enigma é o que dá origem aos raios cósmicos.

A hipótese mais aceita era a de que os raios cósmicos nascem como resultado das violentas explosões de estrelas gigantes conhecidas como supernovas.

Agora, um grupo internacional de cientistas afirma ter encontrado o primeiro sinal inequívoco para sustentar essa hipótese.

O grupo analisou quatro anos de dados obtidos por meio do telescópio espacial de raios gama Fermi, da NASA.

Eles identificaram sinais de duas supernovas antigas (a W44, a 5 mil anos-luz da Terra, e a IC 443, a 10 mil anos-luz), cujas ondas de choques produzidas por suas explosões aceleraram prótons a velocidades próximas à da luz, transformando as partículas naquilo que se convencionou chamar de raios cósmicos.

Partículas, não raios

De acordo com o líder do estudo, o astrofísico alemão Stefan Funk, quando esses prótons carregados de energia se chocam com prótons estáticos em meio a gás ou poeira estelar, o resultado é a produção de raios gama com características distintas.

"Raios cósmicos não são exatamente raios, mas basicamente prótons. No entanto, não são todas as partículas subatômicas aceleradas em uma supernova que se transformam em raios cósmicos, e sim uma pequena parte", disse Funk.

De acordo com o cientista, prótons compõem mais de 90% dos raios cósmicos que atingem a atmosfera terrestre na forma de duchas de partículas, produzindo radiação.

"Eles nos acertam o tempo todo, mas não [nos] fazem mal e correspondem a uma ínfima parte da radiação no planeta. Durante a história do Sistema Solar, porém, essas partículas têm sido muito importantes, tendo influenciado a evolução da galáxia", disse Funk.

"Uma característica que acho especial nos raios cósmicos é que eles têm origem a partir das maiores explosões em nossa galáxia, que aceleram as menores das partículas," contextualizou ele.

Supernova

Os cientistas há anos estipulavam que as duas fontes mais prováveis para a produção de raios cósmicos seriam explosões de supernovas, dentro da galáxia, ou jatos de energia derivados de buracos negros, fora da galáxia.

Isso por causa da dimensão dos fenômenos, uma vez que, para lançar partículas por toda a galáxia, a fonte teria que ter uma energia suficiente para tanto.

Mas até o momento não haviam sido encontradas evidências que comprovassem essas suspeitas.

A explosão estelar conhecida como supernova é capaz de irradiar energia equivalente à que o Sol emitirá durante toda a sua existência, e poeira suficiente para formar 200.000 terras.

As ondas de choque de uma supernova aceleram os prótons até os transformarem em raios cósmicos, em um processo no qual os prótons são presos nas regiões de choque - que se aceleram cada vez mais - por campos magnéticos.

"Até agora, tínhamos apenas cálculos teóricos e o senso comum para nos guiar na ideia de que os raios cósmicos têm origem em supernovas. A detecção direta das assinaturas do decaimento dos píons em restos de supernova fecha o circuito, ao fornecer evidências observacionais de um componente significativo dos raios cósmicos", disse Jerry Ostriker, da Universidade Columbia, também envolvido na descoberta.

Na próxima etapa da pesquisa, o grupo tentará compreender os detalhes do mecanismo de aceleração e as energias máximas com que a explosão de uma supernova pode acelerar os prótons.

Não explica tudo

As energias dos prótons envolvidos nesse fenômeno estão muito além do que os produzidos pelos maiores aceleradores de partículas da Terra, como o LHC.

Ainda assim, isso é pouco quando se trata de raios cósmicos.

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"É importante destacar que esses raios cósmicos têm energia baixa, menor que 10¹⁶ eV. Os raios cósmicos de mais altas energia, como os estudados pelo Observatório Pierre Auger, não são gerados em supernovas e não podem ser explicados por este artigo", destaca Luiz Vitor de Souza Filho, professor no Instituto de Física de São Carlos da Universidade de São Paulo.

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As colisões entre os prótons cada vez mais rápidos e prótons que se movem bem mais lentamente - e que ocorrem em nuvens de poeira e gás - levam à formação de partículas neutras conhecidas como píons.

Essas partículas subatômicas - descobertas na década de 1940 pelo brasileiro Cesar Lattes, o italiano Giuseppe Occhialini e o britânico Cecil Powell -, por sua vez, decaem em raios gama, uma forma de luz altamente energética.

E foi justamente esse decaimento com sua assinatura específica em raios gama que pode ser identificado por telescópios espaciais como o Fermi e comprovou a origem dos raios cósmicos.

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