Origem da Misteriosa Radiação no Espaço Finalmente Descoberta

A descoberta há muito procurada pode conduzir a novas formas de estudo do cosmos.

Wednesday, July 25, 2018,
Por Nadia Drake
O Observatório IceCube.
O Observatório IceCube, o maior detetor de neutrinos, situa-se no gelo abaixo da Estação do Polo Sul de Amundsen-Scott, na Antártida.
Fotografia de Sven Lidstrom, IceCube, NSF via The New York Times

Um clarão de luz detetado a sensivelmente um quilómetro e meio de distância abaixo do Polo Sul é a chave provável de um mistério cósmico, com mais de cem anos, que abre, eventualmente, caminho a um novo tipo de astronomia, envolvendo partículas subatómicas fantasmas, denominadas neutrinos.

No início do século XX, o físico Victor Hess descobriu que a Terra é permanentemente bombardeada por partículas energéticas vindas do espaço exterior, que designamos atualmente por raios cósmicos. Desde então que os cientistas procuram identificar os aceleradores astrofísicos responsáveis por lançar no cosmos partículas de elevada energia.

No entanto, a maioria dos raios cósmicos têm carga elétrica, e as suas trajetórias são arqueadas pelos campos magnéticos que se distribuem pelo espaço, tornando difícil seguir a sua trajetória até ao ponto de origem. É por essa razão que a procura se focou nos neutrinos, partículas sem carga e praticamente sem massa, que podem ser seguidas, com um elevado grau de fiabilidade, até à fonte. 

A dianteira da pesquisa é assumida pelo Observatório de Neutrinos IceCube, na Antártida, que, a par de alguns dos seus congéneres, identificou por fim um punhado de neutrinos cósmicos energéticos numa galáxia a grande distância. A descoberta supõe o advento de uma era no campo da astronomia, na qual outras partículas, para além dos fotões, podem ser usadas para estudar e descobrir o cosmos.

"É entusiasmante, não há dúvida, ter descoberto por fim o acelerador cósmico”, afirma Francis Halzen da Universidade de Wisconsin-Madison e coordenador científico do IceCube. Os resultados foram revelados há duas semanas em três artigos da Science and the Monthly Notices da Sociedade Real de Astronomia.

PARTÍCULAS-FANTASMA

Os cientistas tinham descoberto anteriormente neutrinos vindos do Sol e remanescências de supernovas próximas, mas nenhuma dessas fontes é poderosa o suficiente para lançar partículas cósmicas de elevada energia em direção à Terra.

Considerando que os neutrinos praticamente não interagem com a matéria, é extremamente difícil detetá-los. Biliões de neutrinos solares atravessam o seu corpo neste preciso momento. O IceCube, que ocupa um quilómetro cúbico de gelo abaixo da Estação do Polo Sul de Amundsen-Scott, usa 5169 sensores luminosos concebidos para detetar os pequenos clarões de luz produzidos quando os neutrinos cósmicos, ao acelerar em direção à Terra, interagem com os núcleos atómicos no gelo.

Desde 2013, vários neutrinos de elevada energia, alguns batizados com os nomes de personagens da Rua Sésamo, atravessaram o gelo polar, tendo sido detetados pelos sensores do IceCube. No entanto, os neutrinos são extremamente difíceis de detetar num único objeto celeste, fornecendo aos cientistas pistas escassas sobre a localização das suas fontes.

UM DIA PRODUTIVO

Foi então que, no dia 22 de setembro de 2017, um único neutrino, deslocando-se praticamente à velocidade da luz, atravessou a Terra, acionando os detetores do IceCube. Tinha 290 TeV de energia, quase 50 vezes mais potente do que os feixes de protões mais energéticos do Grande Colisor de Hadrões. O impacto fez soar o alerta no seio da comunidade de astronomia dedicada à procura de neutrinos, marcando o início dos trabalhos.

Quando os cientistas reconstituíram a trajetória dos neutrinos, alcançaram um ponto no céu próximo da constelação de Oríon, uma zona onde, quase simultaneamente, vários telescópios tinham identificado um enorme clarão cósmico.

Preso naquele pedaço de céu setentrional, um objeto de grandes dimensões e a grande distância denominado blazar despertou e começou a lançar partículas energéticas no vazio. Tal incluía uma onda de raios gama de elevada energia, que foram detetados pelo Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi, situado no espaço.

Esses raios gama procediam de uma galáxia elíptica gigante denominada TXS 0506+056, que contém no seu núcleo um buraco negro colossal e em grande agitação. Ao alimentar-se de gases e poeiras circundantes, o buraco negro produz um jato de partículas de elevada energia, que estão por acaso orientadas na direção da Terra.

“Os blazares são uma das fontes astrofísicas mais poderosas do universo”, afirma Maria Petropoulou da Universidade de Princeton. A TXS 0506+056 situa-se entre os blazares mais brilhantes no céu de raios gama, o que é notável, atendendo a que se situa a mais de quatro mil milhões de anos-luz, sendo por isso a candidata principal para produzir raios cósmicos de elevada energia.

“Faz sentido que assim seja. Não pode ser um blazar frouxo”, diz Paolo Padovani do Observatório Europeu do Sul. “Para que os neutrinos sejam visíveis, têm de proceder de uma fonte bestialmente poderosa, ou não seriam visíveis em absoluto”.

Nos dias e semanas que se seguiram às descobertas coincidentes do IceCube e do Fermi, várias equipas dedicaram-se ao estudo do blazar. O objeto foi analisado em quase todos os comprimentos de onda de luz, incluindo rádio, ótico raios-x e raios gama, e parece que, efetivamente, o clarão de raios gama tinha procedido da TXS 0506+056 e produzido o neutrino de setembro detetado pelo IceCube.

“Se o Fermi não tivesse detetado o momento, para nós, este seria mais um neutrino e, para eles, apenas mais um clarão de um blazar”, diz Halzen.

Mas as equipas ainda não tinham dado o trabalho por terminado.

VER COM OS PRÓPRIOS OLHOS

Os cientistas analisaram observações anteriores da TXS 0506+056 feitas pelo Fermi e descobriram que o mesmo objeto tinha emitido clarões durante cerca de cinco meses no final de 2014. Quando a equipa do IceCube analisou cerca de 10 anos de informação sobre os neutrinos, descobriu que mais de uma dezena de neutrinos de elevada energia tinham colidido com o gelo do Polo Sul nesses meses.   

“Nunca imaginámos sequer poder assistir a um fenómeno desta dimensão. É absolutamente espantoso. Dezanove neutrinos num período de 150 dias!”, diz Halzen.

Hoje, duas linhas independentes de evidências sugerem que a TXS 0506+056 é a responsável por lançar neutrinos em direção à Terra, o que significa que os cientistas descobriram, muito provavelmente, pelo menos uma das misteriosas fontes destas partículas.

QUEBRA-CABEÇAS

A descoberta é, “de facto, impressionante e um passo na direção da identificação da origem dos raios cósmicos, um dos maiores quebra-cabeças da astrofísica”, afirma Kathryn Zurek do Laboratório Nacional de Lawrence Berkeley.

Mas Zurek e os colegas sublinham que há ainda trabalho para ser feito.

“Na minha opinião, os resultados sugerem uma associação sólida, mas ainda não são conclusivos”, afirma Petropoulou. “É possível, por exemplo, que outras fontes situadas na mesma região do céu possam contribuir para o clarão de neutrinos identificado pelo IceCube. Independentemente disso, estes resultados põe-nos mais perto de descobrir as fontes dos neutrinos astrofísicos.”

Os cientistas também são unânimes em afirmar que é pouco provável que os blazares sejam a fonte de todos os raios cósmicos, pelo que a procura por outras fontes destas partículas de elevada energia ainda se mantém.

“Existe uma diversidade de fontes astrofísicas que podem contribuir para o fluxo de neutrinos identificados pelo IceCube”, diz Petropoulou, “tais como galáxias em formação, supernovas que interagem, explosões de raios gama de baixa luminosidade, galáxias de rádio no centro de agrupamentos, e tantos outros.”

 

Este artigo foi publicado originalmente em inglês em NationalGeographic.com.

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