5 de ago de 2010

Telescópio do gelo detecta padrão inexplicável de raios cósmicos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/08/2010

O "mapa do céu" parcial gerado pelo IceCube mostra a intensidade relativa dos raios cósmicos que atingem diretamente o Hemisfério Sul da Terra. [Imagem: IceCube Neutrino Observatory]

Mapa de raios cósmicos

Embora ainda esteja em fase de construção, o Observatório de Neutrinos IceCube, localizado nas profundezas de gelo do Pólo Sul já está produzindo resultados científicos.

O mais impressionante é que, ao contrário dos achados iniciais do LHC, que validaram as teorias fundamentais da física, o IceCube descobriu um fenômeno para o qual o inusitado telescópio sequer foi projetado para estudar.

O "mapa do céu" parcial gerado por seus dados mostra a intensidade relativa dos raios cósmicos que atingem diretamente o Hemisfério Sul da Terra.

Ao contrário do previsto, o mapa mostra um padrão incomum de raios cósmicos, com um excesso (cores mais quentes) detectado em uma parte do céu e um défice (cores mais frias) em outro.

Raios cósmicos

O IceCube é um telescópio que capta partículas subatômicas chamadas neutrinos, especialmente neutrinos de alta energia que atravessam a Terra, fornecendo informações sobre eventos cósmicos distantes como supernovas e buracos negros - os eventos detectados no Pólo Sul acontecem no âmbito do espaço visível do Hemisfério Norte.

Entretanto, um dos desafios de detectar essas partículas relativamente raras é que o telescópio é constantemente bombardeado por outras partículas, incluindo muitas geradas pela interação dos raios cósmicos com a atmosfera da Terra sobre a metade sul do céu.

Para a maioria dos físicos da equipe do IceCube estas partículas são simplesmente ruído de fundo. Mas pesquisadores da Universidade de Wisconsin-Madison, nos Estados Unidos, identificaram uma oportunidade de pesquisa nesses dados de raios cósmicos.

"O IceCube não foi construído para observar raios cósmicos. Raios cósmicos são considerados ruído de fundo. No entanto, temos bilhões de eventos de fundo nesses raios cósmicos que acabaram se mostrando muito emocionantes," explica Rasha Abbasi, que fez a descoberta juntamente com seus colegas Paolo Desiati e Juan Carlos Díaz-Vélez.

Anisotropia dos raios cósmicos

Abbasi e seus colegas identificaram um padrão incomum na intensidade relativa dos raios cósmicos incidentes sobre o hemisfério Sul da Terra, com um excesso de raios cósmicos detectados em uma parte do céu e um défice em outro.

Segundo a cientista, essa "anisotropia" vem confirmar experimentos anteriores feitos no Hemisfério Norte, servindo mesmo para validá-los - mas a fonte dessa desigualdade ainda é um mistério.

"Observar esta anisotropia se estendendo também pelo céu do Hemisfério Sul é mais uma peça do quebra-cabeças em torno deste efeito enigmático - se é devido ao campo magnético ao nosso redor ou é o efeito dos restos de uma supernova nas proximidades, nós não sabemos," disse Abbasi.

Uma das hipóteses para o padrão irregular nos raios cósmicos pode estar nos restos de uma supernova que explodiu há relativamente pouco tempo nas proximidades do Sistema Solar, cuja localização corresponde a uma das concentrações de raios cósmicos registradas no mapa anisotrópico.

A outra é que o padrão de raios cósmicos revela detalhes sobre os campos magnéticos interestelares produzido por gases de partículas eletricamente carregadas em movimento perto da Terra, que são difíceis de estudar e, por isso mesmo, pouco compreendidos.

Observatório de Neutrinos IceCube

Em vez de uma gigantesco lente dirigida para os céus, o telescópio IceCube consiste de longas "cordas", cada uma contendo 60 sensores ópticos, mergulhadas em furos que atingem mais de 1,5 km de profundidade. Veja a comparação com a Torre Eiffel. [Imagem: Abbasi et al.]

Em vez de uma gigantesca lente dirigida para os céus, o telescópio IceCube consiste de longas "cordas", cada uma contendo 60 sensores ópticos, mergulhadas em furos que atingem mais de 1,5 km de profundidade.

No topo de cada corda contendo os detectores de profundidade estão um par de tanques, chamados IceTop, contendo dois detectores principais.

Quando estiver concluído, em 2011, o IceCube terá 86 dessas "linhas de sensores", ocupando um quilômetro cúbico de gelo da Antártida, somando mais de 5 mil sensores digitais ópticos.

Por incrível que pareça, mesmo estando nas profundezas do Pólo Sul, são necessárias sete semanas para que a água dos tanques congele perfeitamente, sem bolhas e nem trincas, que poderiam obstruir os minúsculos flashes gerados quando as partículas atravessam o gelo.

Os neutrinos estão entre os constituintes da matéria mais fundamentais. Como não têm carga e interagem muito pouco com a matéria, essas partículas podem viajar distâncias astronômicas sem se chocarem com nada - um neutrino tem tão pouca massa que ele pode atravessar um cubo de chumbo com um ano-luz de aresta, sem se chocar com nenhum átomo de chumbo.

O estudo recém-publicado foi baseado em dados obtidos quando o IceCube tinha apenas 22 linhas de detectores ópticos. Os cientistas agora estão analisando dados obtidos por 59 e por 79 linhas, que deverão aumentar enormemente a resolução do mapa do céu, dando mais detalhes da inexplicável anisotropia dos raios cósmicos.

Bibliografia:
Measurement of the Anisotropy of Cosmic-ray Arrival Directions with IceCube
Rasha Abbasi et al.
The Astrophysical Journal Letters
2010 Julho 16
Vol.: 2010 ApJ 718 L194
DOI: 10.1088/2041-8205/718/2/L194

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