Com ampla participação brasileira, Observatório Auger desvenda mais um mistério sobre os raios cósmicos

O Observatório Pierre Auger – o maior experimento do mundo dedicado ao estudo e à detecção das partículas mais energéticas da natureza – acaba de revelar mais um dado importante sobre a origem dos chamados raios cósmicos, que bombardeiam a Terra a todo instante.

Em artigo que será publicado na prestigiosa revista científica Science no próximo dia 22/09, essa colaboração internacional – que conta com significativa participação de pesquisadores e tecnologistas brasileiros – mostra, com base em dados colhidos por mais de uma década (2004-2016), que os raios cósmicos acima de certo patamar de energia vêm de fora da Via Láctea, de galáxias ‘distantes’.

Essa conclusão é extremamente importante para entender não só a origem dessas ainda misteriosas partículas, mas também – e tão importante quanto – os mecanismos cósmicos capazes de imprimir tamanha energia a essas diminutas entidades subatômicas, que podem viajar distâncias incríveis – medidas em trilhões de km (anos-luz) – através do espaço e chegar à Terra carregando energias extremas. Esse resultado é mais uma peça em um extenso quebra-cabeça de dúvidas e incertezas que se iniciou ainda por volta de 1910 sobre a natureza e a origem desses núcleos.

"Do ponto de vista científico, esse é um dos resultados mais importantes nessa área nas últimas décadas. Sinto-me extremamente orgulhoso de participar desse experimento. Um dos motivos é que parte significativa dos equipamentos do Observatório Pierre Auger foi produzida no Brasil", disse Ronald Shellard, diretor do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), no Rio de Janeiro, um dos instituto de pesquisa do Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações (MCTIC). Shellard, um dos autores do artigo, acrescentou: "É sempre bom lembrar que essa colaboração internacional contou com apoio da Financiadora de Estudos e Projetos [Finep], Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo [Fapesp], Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro [Faperj], do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico [CNPq], bem como do próprio MCTIC".

Para o portal do MCTIC ( http://www.mctic.gov.br/portal ), o ministro Gilberto Kassab destacou a importância da pesquisa científica brasileira e da ação articulada de entidades vinculadas ao MCTIC e ao sistema brasileiro de estudos científicos. “Felicito os cientistas do país por esse projeto", disse ele.

Dos corriqueiros aos raríssimos

Apesar do nome, raios cósmicos são basicamente núcleos atômicos – leves, como o do hidrogênio, ou pesados, como o do ferro – que chegam à Terra a todo instante. Ao atingirem a atmosfera terrestre, a cerca de 10 km a 20 km de altitude, chocam-se contra núcleos atômicos do ar (nitrogênio, oxigênio etc.), gerando, por meio dessas colisões, centenas ou milhares de outras partículas, as quais seguem rumo ao solo, quase à velocidade da luz (cerca de 300 mil km/s), na forma de uma ‘chuveirada’.

A cada instante, uma pessoa é atravessada por dezenas das partículas desse chuveiro – sem que isso cause problemas à saúde.

Raios cósmicos são classificados segundo a energia que carregam. Para medir essa grandeza, os físicos usam uma unidade chamada elétron-volt (eV), que, apesar de pequena quando comparada a energias de nosso cotidiano, é adequada para fragmentos de matéria (núcleos) que são bilhões e bilhões de vezes menores que um simples grão de areia.

Os menos energéticos – que vêm do Sol e têm energia na casa dos 10 ⁹ eV (1 bilhão de elétrons-volt) – são comuns: cada metro quadrado da Terra recebe um deles por segundo. Os de energia intermediária (por volta de 10 ¹⁶ eV) têm sua origem na morte explosiva de estrelas maciças – fenômeno denominado supernova – e são menos corriqueiros: uma para cada metro quadrado por ano.

No entanto, a atenção das centenas de pesquisadores do Observatório Auger está voltada para os de mais alta energia: os ultraenergéticos (acima de 10 ¹⁸ eV), que podem carregar a energia de uma bola de tênis viajando a cerca de 100 km/h – o que é admirável para um corpo tão diminuto.

Os ultraenergéticos são raríssimos: um evento a cada 100 anos por km ² . Por essa razão, o Observatório Auger – homenagem ao físico francês Pierre Auger (1899-1993), um dos grandes especialistas em radiação cósmica do século passado – foi pensado para cobrir uma área de 3 mil km ² , ou seja, para ser capaz de detectar cerca de 30 desses eventos por ano.

O artigo na revista Science mostra que os ultraenergéticos acima de 8 x 10 ¹⁸ eV são produzidos fora da Via Láctea. Esses resultados do Auger indicam que a direção de chegada dos ultraenergéticos não é distribuída homogeneamente no céu, mas, no entanto, favorece certa direção, o que indica que esses raios cósmicos têm sua origem em galáxias ‘distantes’, mas que, em termos astronômicos, podem ser ditas como pertencentes à ‘vizinhança’ da Via Láctea.

"Estou muito feliz pelo resultado obtido pela Colaboraçao Pierre Auger. A descoberta de um efeito que, até poucos anos atrás, não era contemplado na literatura representa um grande passo à frente nessa área. E também fico feliz de trabalhar para essa colaboração no Brasil, que, com os seus pesquisadores, representa uma referência nos estudos dos raios cósmicos', disse o físico experimental italiano Ugo Giaccari, um dos autores do artigo e pós-doutorando no CBPF.

Visão geral de um tanque e do edifício de um telescópio do Auger

(Crédito: The Pierre Auger Observatory)

O Observatório Auger e sua gigantesca rede de detectores – tanques cheios de água puríssima e telescópios com o formato de ‘olhos de mosca’ – ocupam um platô dos pampas argentinos, em Malargüe, na província de Mendoza, a 1,4 mil m acima do nível do mar.

As partículas do ‘chuveiro cósmico’ gera luz tanto na água no tanque (radiação Cerenkov) quanto na atmosfera (ultravioleta tênue), captada pelos telescópios. Com base na análise desses dois tipos de luz, entre outros dados, é possível extrair várias informações sobre o raio cósmico (dito primário) que iniciou a cascata de partículas no alto da atmosfera.

O Observatório Pierre Auger começou a ser idealizado em 1992 e apresentou os primeiros resultados em 2004. Esse experimento de US$ 50 milhões é formado por mais de 100 instituições de 16 países, totalizando algo em torno de 500 pesquisadores, tecnologistas e pós-graduandos. Atualmente, nove instituições brasileiras e cerca de 30 pesquisadores do Brasil fazem parte do Auger – muitos deles, desde o início do projeto.

Um pouco de história

Há pouco mais de 100 anos, ocorreram os experimentos que levaram à conclusão de que os raios cósmicos deveriam ter origem extraterrestre – daí o qualificativo ‘cósmico’ que essas partículas receberam ainda na década de 1920; já o termo ‘raios’ vem do fato de se achar que eram partículas de luz muito energéticas (raios gama). A descoberta da origem rendeu ao físico austríaco Victor Hess (1883-1964) o Nobel de Física de 1936. Nas décadas seguintes, experimentos com raios cósmicos foram responsáveis pela descoberta de inúmeras novas partículas (káons, mésons, híperons etc.).

A física de raios cósmicos teve como um dos seus pioneiros no Brasil o físico César Lattes (1924-2005), fundador do CBPF (1949) e professor do Instituto de Física da Universidade de São Paulo e do Instituto de Física Gleb Wataghin da Universidade Estadual de Campinas (SP). Na segunda metade da década de 1940, a participação daquele jovem físico brasileiro foi decisiva para a detecção do méson pi – partícula que serve como 'cola' dos prótons e nêutrons, mantendo o núcleo atômico coeso.

Essa detecção se deu tanto na radiação cósmica em experimentos realizados na Universidade de Bristol (Reino Unido) e no monte Chacaltaya (Bolívia) em 1947 quanto no então maior acelerador de partículas do mundo, o sincrocíclotron de 184 polegadas na Universidade da Califórnia, em Berkeley (EUA), no ano seguinte.

Por seus feitos, Lattes recebeu sete indicações para o prêmio Nobel de Física.

Mais informações:

Observatório Pierre Auger (em inglês): https://www.auger.org/

Artigo: http://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aao5651

Vídeo: http://bit.ly/2jHrkGk

Imagens: http://bit.ly/2f8LiVm

CBPF: www.cbpf.br

Instituto Gleb Wataghin: https://portal.ifi.unicamp.br/