Um telescópio espacial detectou um padrão universal em partículas cósmicas que os pesquisadores buscavam identificar desde 1912. O satélite DAMPE encontrou a mesma característica em diversos núcleos de raios cósmicos, desde prótons leves até núcleos de ferro. A descoberta, publicada na revista Nature, pode finalmente revelar como essas partículas são aceleradas e transportadas pelo universo após décadas de debates científicos.
A pesquisa aponta para um princípio físico comum que governa o comportamento de todas essas partículas, independentemente de sua massa ou composição. Os cientistas atingiram um nível de confiança de 99,999% ao validar essa teoria contra modelos alternativos, criando um marco importante para a astrofísica moderna.
O padrão que aparece em todas as partículas
Os dados do DAMPE revelaram um fenômeno denominado amolecimento espectral em vários tipos de raios cósmicos. O número de partículas detectadas cai repentinamente após um certo limite de rigidez, especificamente em torno de 15 teraelétron-volts. Essa redução acentuada aparece de maneira consistente em prótons, hélio, carbono, oxigênio e ferro.
Andrii Tykhonov, professor associado do Departamento de Física Nuclear e de Partículas da Universidade de Genebra e coautor do estudo, explicou a composição dessas partículas e seus níveis energéticos:
- Prótons: partículas primárias dos raios cósmicos
- Núcleos de hélio, carbono, oxigênio e ferro: componentes secundários
- Energia baixa: até alguns bilhões de elétron-volts
- Energia intermediária: de alguns bilhões a várias centenas de bilhões de elétron-volts
- Energia alta: acima de 1.000 bilhões de elétron-volts
A rigidez, medida em teraelétron-volts, descreve a força com que uma partícula carregada resiste a ser curvada por campos magnéticos enquanto viaja pelo espaço. Essa propriedade mostrou-se mais fundamental que a energia por nucleon, conceito que orientava a maioria das pesquisas anteriores.
Uma busca secular encerrada
Os raios cósmicos são partículas carregadas que viajam pela galáxia em energias extremamente altas. Os cientistas acreditam que se originam em fenômenos astrofísicos violentos, incluindo explosões de supernovas, pulsares e jatos emitidos por buracos negros. Durante mais de cem anos, os pesquisadores debateram os mecanismos exatos de aceleração e transporte dessas partículas.
O telescópio DAMPE, cuja sigla significa Explorador de Partículas de Matéria Escura, foi lançado em dezembro de 2015 com objetivo inicial de detectar matéria escura. Os dados coletados desde então forneceram uma quantidade sem precedentes de informações sobre raios cósmicos de alta energia. A missão orbital do satélite permitiu observações contínuas que revelaram padrões impossíveis de detectar com instrumentos terrestres.
Como a rigidez explica o comportamento universal
As observações do DAMPE apoiam fortemente que os raios cósmicos são moldados pela rigidez e não pela energia dividida pelo número de nucleons. Os modelos antigos, baseados nessa última métrica, não se ajustam bem aos dados coletados pelo satélite nos últimos dez anos. A descoberta impõe limites mais rigorosos aos modelos atuais de aceleração de partículas em ambientes astrofísicos extremos.
Os pesquisadores afirmam que as descobertas ajudam a compreender melhor como os raios cósmicos adquirem sua enorme energia antes de atravessarem o espaço interestelar. A compreensão desse mecanismo é fundamental para entender a dinâmica de fenômenos cósmicos violentos. O papel desempenhado pelos campos magnéticos, ondas de choque e eventos cósmicos violentos ainda permanece parcialmente em debate, mas agora com evidências muito mais sólidas.
A pesquisa representa um avanço significativo na astrofísica de partículas. Ao demonstrar que diferentes tipos de raios cósmicos seguem a mesma regra física universal, os cientistas abriram novas perspectivas para compreender como a natureza acelera e transporta partículas em energias extremas pelo cosmos.