No céu noturno de Utah, uma partícula extraordinária apareceu na primavera de 2021. Um visitante cósmico, batizado de Amaterasu, em homenagem à deusa do sol da mitologia japonesa, cruzou o céu com uma energia jamais vista nas últimas três décadas no que foi mais que um momento significativo para a astronomia, trazendo à tona mistérios profundos sobre o universo em que vivemos.
Amaterasu é um raio cósmico de energia ultra-alta (UHECR, na sigla do inglês ultrahigh-energy cosmic rays), um tipo de partícula que, embora rara, atinge nosso planeta com velocidades próximas à da luz. O impacto dessas partículas na atmosfera terrestre cria uma cascata de partículas secundárias que, por sua vez, produzem breves lampejos de luz quando atingem a superfície terrestre. Estas “chuvas aéreas” são detectáveis por equipamentos especializados, como os mais de 500 detectores do Projeto Telescope Array, espalhados por 700 quilômetros quadrados no deserto de Utah.
O que torna Amaterasu notável é a sua energia colossal, estimada em 244 exa-electron volts, equivalente à energia de uma bola de beisebol bem lançada. Um exa-electron volt (EeV) é uma unidade de medida equivalente a
1018electron volts, usada para quantificar energias extremamente altas em partículas subatômicas, como as encontradas em raios cósmicos de ultra-alta energia. Para colocar em perspectiva, essa energia é milhões de vezes maior do que a alcançada pelas partículas colididas no Grande Colisor de Hádrons, o experimento de física mais poderoso do mundo.
Partículas intrigantes
A descoberta de Amaterasu não é apenas um feito isolado, se juntando a uma lista seleta que inclui o famoso “Oh, My God particle” de 1991, um UHECR ainda mais energético que também atingiu Utah, que possuía uma energia surpreendentemente alta, de aproximadamente 320 exa-electron volts. Esta descoberta desafiou o entendimento existente sobre a energia máxima que raios cósmicos poderiam alcançar.
A escolha do estado americano de Utah para as observações se dá devido a sua topografia plana e céus escuros, o que o torna um local ideal para a detecção de UHECRs no Hemisfério Norte, complementado pelo Observatório Pierre Auger no Hemisfério Sul.
O que há de mais intrigante no Amaterasu a sua origem. As análises indicam que essa partícula parece ter vindo do que é conhecido como o Vazio Local, uma extensa área de espaço intergaláctico praticamente desprovida de estrelas, galáxias ou outras fontes astrofísicas óbvias. Isso desafia nossa compreensão de onde e como tais partículas de alta energia são geradas.
A identificação da origem dessas partículas é complexa. Ao estudar a chuva de partículas secundárias criadas quando um UHECR atinge a atmosfera, os cientistas podem reconstruir a trajetória de entrada da partícula e teorizar sobre sua provável origem. Esforços anteriores permitiram identificar alguns “pontos quentes” potenciais no céu, locais onde UHECRs parecem se originar com mais frequência, contudo, Amaterasu adiciona um novo nível de complexidade a esta busca, dada a sua aparente origem no Vazio Local.
Outro aspecto intrigante é a natureza exata da partícula do raio Amaterasu. Se fosse um próton, teria sofrido pouco desvio em sua trajetória, sugerindo uma origem próxima ao centro do Vazio Local, por outro lado, se fosse um núcleo mais pesado, como o de um átomo de ferro, sua interação com campos magnéticos cósmicos seria mais intensa, indicando uma origem mais próxima à borda do Vazio Local. Dependendo da natureza da partícula, diferentes teorias sobre sua origem surgem, incluindo buracos negros supermassivos em galáxias ativas e eventos como os chamados disrupção de maré, onde estrelas são despedaçadas por buracos negros supermassivos.
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Enquanto os cientistas continuam a debater a natureza de Amaterasu, estão em andamento esforços para aprimorar nossa capacidade de detectar e rastrear UHECRs. O Telescope Array está planejando uma expansão significativa, e o Observatório Pierre Auger está recebendo melhorias cruciais, incluindo a adição de antenas de rádio para complementar seus detectores ópticos. Essas melhorias são essenciais para aprimorar nossa compreensão das origens dessas partículas misteriosas.
Além disso, há propostas ambiciosas, como o telescópio espacial POEMMA (Probe of Extreme Multi-Messenger Astrophysics), um projeto de bilhões de dólares que poderia revolucionar nosso entendimento dos UHECRs ao observar a atmosfera terrestre do espaço. Embora ainda aguardando aprovação da NASA, este projeto tem o potencial de aumentar dez vezes o número de detecções de UHECRs.
O estudo dessas partículas extraordinárias continua a desafiar os limites da física e esses avanços tecnológicos significativos como a expansão do Telescope Array, situado no deserto de Utah, que quadruplicará sua capacidade de detecção, o aprimoramento com antenas de rádio do Observatório Pierre Auger na Argentina, que oferecerá mais precisão na diferenciação entre tipos de partículas, e projetos ambiciosos como o telescópio espacial POEMMA para monitoramento da atmosfera terrestre do espaço, nos colocam diante da possibilidade de descobrir a origem de partículas tão intrigantes como os raios ultra energéticos.
Fonte: Scientific American
