Por mais de 100 anos, os cientistas vêm tentando compreender os raios cósmicos, partículas incrivelmente poderosas que viajam pelo universo em energias extremas. Apesar de décadas de investigação, muitas questões permanecem sem resposta sobre a sua origem e como aceleram. Agora, pesquisadores que trabalham com o telescópio espacial DAMPE (Dark Matter Particle Explorer) descobriram uma nova pista importante. Suas descobertas, publicadas a naturezaIsto revela uma característica comum partilhada por estas partículas misteriosas e pode ajudar os cientistas a compreender melhor as suas origens.
Os raios cósmicos são as partículas de maior energia vistas na natureza. Eles carregam muito mais energia do que as partículas produzidas pelos aceleradores mais avançados da Terra. Os cientistas acreditam que são criados por alguns dos eventos mais violentos do universo, incluindo explosões de supernovas, jatos de buracos negros e pulsares.
Lançado em dezembro de 2015, o telescópio espacial DAMPE foi projetado para investigar a natureza dos raios cósmicos e explorar possíveis conexões com a matéria escura. A missão conta com uma importante contribuição do Grupo de Astrofísica do Departamento de Física Nuclear e de Partículas (DPNC) da Universidade de Genebra (UNIGE).
Examinando os dados altamente precisos recolhidos pelo DAMPE, os investigadores descobriram um padrão universal no espectro de energia dos núcleos dos primeiros raios cósmicos, desde os protões mais leves até aos núcleos de ferro, muito mais pesados.
“Os raios cósmicos são compostos principalmente de prótons, mas também de núcleos de hélio, carbono, oxigênio e ferro”, explica Andriy Tikhonov, professor associado do DPNC na Faculdade de Ciências da UNIGE e coautor do estudo. elétron-volt; intermediário, vários bilhões a várias centenas de bilhões de elétron-volts; e superior, 1.000 bilhões de elétron-volts e além.”
Cientistas descobrem um padrão de raios cósmicos compartilhado
A pesquisa mostrou que para cada tipo de núcleo estudado, o número de partículas começa a diminuir muito rapidamente após atingir um determinado limite. Os cientistas referem-se a este efeito como “suavização espectral”.
Geralmente, os raios cósmicos de alta energia tornam-se menos comuns à medida que a energia aumenta. No entanto, as observações do DAMPE revelaram que o colapso se torna dramaticamente maior além da rigidez de cerca de 15 Tv (teraelétron-volts). A rigidez descreve quão fortemente o caminho de uma partícula resiste à flexão por um campo magnético.
Como esta mesma característica aparece numa grande variedade de partículas, os resultados apoiam fortemente as teorias que sugerem que a aceleração e o movimento dos raios cósmicos através do espaço são governados pela rigidez. Ao mesmo tempo, os dados excluem em grande parte explicações concorrentes baseadas na energia por núcleon (energia dividida pelo número de núcleons na partícula). Segundo os pesquisadores, o nível de confiança nesses modelos alternativos atingiu 99,999%.
IA e detectores avançados ajudam a impulsionar a descoberta
Pesquisadores de Genebra desempenharam um papel importante no progresso. A equipe desenvolveu métodos sofisticados de inteligência artificial para reconstruir eventos de partículas detectados pelo telescópio. Eles também contribuíram para medições importantes envolvendo fluxos de prótons e hélio e auxiliaram na análise de dados de núcleos de carbono.
Além disso, o grupo de Genebra liderou o desenvolvimento de um dos principais instrumentos do DAMPE, o Silicon-Tungsten Tracker (STK). Esses detectores são essenciais para rastrear com precisão os caminhos das partículas e determinar a carga elétrica dos raios cósmicos que chegam.
As descobertas marcam um avanço importante na compreensão de como os raios cósmicos são formados e como viajam pelas galáxias. Os cientistas dizem que as novas descobertas impõem restrições rígidas aos modelos existentes de aceleração de partículas em fontes astrofísicas e melhoram a nossa compreensão de como as partículas de alta energia se movem através do espaço interestelar.
