p No deserto de Utah ocidental, o conjunto de telescópios se espalha por uma área do tamanho da cidade de Nova York, esperando por raios cósmicos. A instalação detecta as partículas de alta energia que colidem com a atmosfera da Terra constantemente; os raios cósmicos acionam os mais de 500 sensores uma vez a cada poucos minutos. p Ao ver os dados em 2013, Os físicos do Telescope Array descobriram uma estranha assinatura de partícula; o fóton equivalente a uma garoa leve pontuada por uma mangueira de incêndio. A matriz registrou inesperadamente um fenômeno extremamente raro - raios gama, as ondas de luz de maior energia no espectro eletromagnético, produzido por quedas de raios que emitem a radiação para baixo em direção à superfície da Terra. Cinco anos depois, uma equipe internacional liderada pelo Cosmic Ray Group da Universidade de Utah observou os chamados flashes de raios gama terrestres descendentes (TGFs) com mais detalhes do que nunca.

p O Telescope Array detectou 10 rajadas de TGFs descendentes entre 2014 e 2016, mais eventos do que os observados no resto do mundo combinado. O projeto Telescope Array Lightning é o primeiro a detectar TGFs descendentes no início de um raio nuvem-solo, e para mostrar onde eles se originaram dentro das tempestades. O Telescope Array é de longe a única instalação capaz de documentar toda a "pegada" do TGF no solo, e mostram que os raios gama cobrem uma área de 3 a 5 km de diâmetro.

p "O que é realmente legal é que a Matriz de Telescópio não foi projetada para detectá-los, "disse o autor principal Rasha Abbasi, pesquisador do Instituto de Astrofísica de Alta Energia e do Departamento de Física e Astronomia dos Estados Unidos. "Somos 100 vezes maiores do que outros experimentos, e nosso tempo de resposta do detector é muito mais rápido. Todos esses fatores nos dão a habilidade da qual não estávamos cientes - podemos olhar para o raio de uma forma que ninguém mais pode. "

p O estudo foi publicado online em 17 de maio em The Journal of Geophysical Research:Atmospheres .

p Um laboratório acidentalmente perfeito

p O trabalho se baseia em um estudo publicado pelo grupo no ano passado, que estabeleceu uma forte correlação entre explosões semelhantes de chuvas de partículas energéticas detectadas entre 2008 e 2013, e atividade relâmpago registrada pela National Lightning Detection Network. Os físicos ficaram pasmos.

p "Foi BOOM BOOM BOOM BOOM. quatro ou cinco disparos dos detectores ocorrendo dentro de um milissegundo. Muito mais rápido do que poderia ser esperado pelos raios cósmicos, "disse John Belz, professor de física da Universidade da Califórnia e investigador principal do Telescope Array Lightning Project, financiado pela National Science Foundation. "Percebemos eventualmente que todos esses eventos estranhos ocorriam quando o tempo estava ruim. Então, analisamos a National Lightning Detection Network e, baixo e eis, haveria um raio, e dentro de um milissegundo obteríamos uma explosão de gatilhos. "

p Os pesquisadores trouxeram especialistas em raios do Laboratório Langmuir para Pesquisa Atmosférica da New Mexico Tech para ajudar a estudar os raios com mais detalhes. Eles instalaram um Lightning Mapping Array de nove estações desenvolvido pelo grupo, que produz imagens 3-D de radiação de radiofrequência que um raio emite dentro de uma tempestade. Em 2014, eles instalaram um instrumento adicional no centro da matriz, chamada de "antena lenta", que registra mudanças na carga elétrica da tempestade causadas pela descarga elétrica.

p "Tomados em conjunto, as detecções do Telescope Array e as observações de raios constituem um grande avanço em nossa compreensão dos TGFs. Antes desta, Os TGFs foram detectados principalmente por satélites, com poucos ou nenhuns dados terrestres para indicar como são produzidos ", disse Paul Krehbiel, pesquisador de relâmpagos de longa data no Instituto de Mineração e Tecnologia do Novo México e co-autor do estudo. "Além de fornecer uma cobertura de área muito melhor para detectar os raios gama, as medições da matriz estão muito mais próximas da fonte de TGF e mostram que os raios gama são produzidos em rajadas de curta duração, cada um durando apenas dez a algumas dezenas de microssegundos. "

p Um fenômeno extremamente raro

p Até que um satélite FERMI registrou o primeiro TGF em 1994, os físicos pensavam apenas em eventos celestes violentos, como estrelas explodindo, poderia produzir raios gama. Gradualmente, os cientistas determinaram que os raios foram produzidos nos milissegundos iniciais de um raio intracloud ascendente, que irradiou os raios para o espaço. Desde a descoberta desses TGFs ascendentes, os físicos se perguntaram se os relâmpagos nuvem-solo poderiam produzir TGFs semelhantes que se irradiam para a superfície da Terra.

p Anteriormente, apenas seis TGFs descendentes foram registrados, dois dos quais vieram de experimentos com raios induzidos artificialmente. Os quatro estudos restantes com relâmpagos naturais relatam TGFs originados muito mais tarde, depois que o relâmpago já atingiu o solo. As observações da matriz são as primeiras a mostrar que os TGFs descendentes ocorrem no estágio inicial de decomposição do raio, semelhantes às observações de satélite.

p "Os TGFs descendentes vêm de uma fonte semelhante aos ascendentes. Assumimos com segurança que temos física semelhante acontecendo. O que vemos no solo pode ajudar a explicar o que eles veem nos satélites, e podemos combinar essas imagens para entender o mecanismo de como isso acontece, "disse Abbasi.

p "O mecanismo que produz os raios gama ainda não foi descoberto, "acrescentou Krehbiel.

p Qual é o próximo

p Os pesquisadores têm muitas perguntas sem resposta. Por exemplo, nem todos os relâmpagos criam os flashes. É porque apenas um tipo particular de iniciação relâmpago os produz? Os cientistas estão vendo apenas um subconjunto de TGFs que é grande o suficiente, ou aponte na direção certa, ser detectado?

p A equipe espera trazer sensores adicionais para o Telescope Array para melhorar as medições de raios. Em particular, a instalação de uma "antena rápida" de detecção de radioestática permitiria aos físicos ver a subestrutura nas mudanças do campo elétrico no início do flash.

p “Ao trazer outros tipos de detectores de raios e expandir o esforço, Acho que podemos nos tornar um jogador significativo nesta área de pesquisa, "disse Belz.