p Novas descobertas publicadas esta semana em Cartas de revisão física sugerem que o carbono, oxigênio, e os raios cósmicos de hidrogênio viajam pela galáxia em direção à Terra de maneira semelhante, mas, surpreendentemente, esse ferro chega à Terra de forma diferente. Aprender mais sobre como os raios cósmicos se movem pela galáxia ajuda a abordar um aspecto fundamental, questão persistente em astrofísica:como a matéria é gerada e distribuída no universo? p "Então o que essa descoberta significa?" pergunta John Krizmanic, um cientista sênior do Centro de Ciência e Tecnologia Espacial (CSST) da UMBC. "Esses são indicadores de que algo interessante está acontecendo. E o que é esse algo interessante, teremos que ver."

p Os raios cósmicos são núcleos atômicos - átomos desprovidos de seus elétrons - que estão constantemente zunindo pelo espaço quase à velocidade da luz. Eles entram na atmosfera da Terra com energias extremamente altas. Informações sobre esses raios cósmicos podem dar aos cientistas pistas sobre de onde eles vieram na galáxia e que tipo de evento os gerou.

p Um instrumento na Estação Espacial Internacional (ISS) chamado Telescópio Eletrônico Calorimétrico (CALET) vem coletando dados sobre raios cósmicos desde 2015. Os dados incluem detalhes como quantos e quais tipos de átomos estão chegando, e com quanta energia eles estão chegando. O americano, Italiano, e equipes japonesas que gerenciam CALET, incluindo Krizmanic da UMBC e o pós-doutorado Nick Cannady, colaborou na nova pesquisa.

p Ferro em movimento

p Os raios cósmicos chegam à Terra de outras partes da galáxia com uma grande variedade de energias - de 1 bilhão de volts a 100 bilhões de bilhões de volts. O instrumento CALET é um dos poucos no espaço que é capaz de fornecer detalhes finos sobre os raios cósmicos que detecta. Um gráfico chamado espectro de raios cósmicos mostra quantos raios cósmicos estão chegando ao detector em cada nível de energia. Os espectros de carbono, oxigênio, e os raios cósmicos de hidrogênio são muito semelhantes, mas a principal descoberta do novo artigo é que o espectro para o ferro é significativamente diferente.

p Existem várias possibilidades para explicar as diferenças entre o ferro e os três elementos mais leves. Os raios cósmicos podem acelerar e viajar pela galáxia de forma diferente, embora os cientistas geralmente acreditem que entendem o último, Krizmanic diz.

p "Algo que precisa ser enfatizado é que a maneira como os elementos chegam das fontes até nós é diferente, mas pode ser que as fontes também sejam diferentes, "acrescenta Michael Cherry, professor emérito de física da Louisiana State University (LSU) e co-autor do novo artigo. Os cientistas geralmente acreditam que os raios cósmicos se originam de estrelas em explosão (supernovas), mas estrelas de nêutrons ou estrelas muito massivas podem ser outras fontes potenciais.

p Precisão de próximo nível

p Um instrumento como o CALET é importante para responder a perguntas sobre como os raios cósmicos se aceleram e viajam, e de onde eles vêm. Instrumentos no solo ou balões voando alto na atmosfera da Terra foram a principal fonte de dados de raios cósmicos no passado. Mas quando os raios cósmicos alcançam esses instrumentos, eles já interagiram com a atmosfera da Terra e se dividiram em partículas secundárias. Com instrumentos baseados na Terra, é quase impossível identificar precisamente quantos raios cósmicos primários e quais elementos estão chegando, além de suas energias. Mas CALET, estar na ISS acima da atmosfera, pode medir as partículas diretamente e distinguir elementos individuais com precisão.

p O ferro é um elemento particularmente útil para analisar, explica Cannady, um pós-doutorado com CSST e um ex-Ph.D. estudante com Cherry na LSU. Em seu caminho para a Terra, raios cósmicos podem se decompor em partículas secundárias, e pode ser difícil distinguir entre partículas originais ejetadas de uma fonte (como uma supernova) e partículas secundárias. Isso complica as deduções sobre a origem das partículas.

p "À medida que as coisas interagem em seu caminho até nós, então você obterá essencialmente conversões de um elemento para outro, "Cannady diz." O ferro é único, sendo uma das coisas mais pesadas que podem ser sintetizadas na evolução estelar regular, temos certeza de que são quase todos os raios cósmicos primários. É o único raio cósmico primário puro, onde com outros você terá alguns componentes secundários alimentando isso também. "

p "Feito de poeira estelar"

p Medir os raios cósmicos dá aos cientistas uma visão única dos processos de alta energia que acontecem até agora, distante. Os raios cósmicos que chegam a CALET representam "a matéria de que somos feitos. Somos feitos de poeira estelar, "Cherry diz." E fontes energéticas, coisas como supernovas, ejetar esse material de seus interiores, para a galáxia, onde é distribuído, forma novos planetas, sistemas solares, e nós."

p "O estudo dos raios cósmicos é o estudo de como o universo gera e distribui matéria, e como isso afeta a evolução da galáxia, "Krizmanic acrescenta." Então, realmente é estudar a astrofísica desse motor que chamamos de Via Láctea que está espalhando todos esses elementos. "

p Um esforço global

p A agência espacial japonesa lançou o CALET e hoje lidera a missão em colaboração com as equipes dos EUA e da Itália. Nos E.U.A., a equipe do CALET inclui pesquisadores da LSU; Centro de Voo Espacial Goddard da NASA; UMBC; Universidade de Maryland, College Park; Universidade de Denver; e a Universidade de Washington. O novo artigo é o quinto desta colaboração internacional altamente bem-sucedida publicada na PRL, uma das revistas de física de maior prestígio.

p CALET foi otimizado para detectar elétrons de raios cósmicos, porque seu espectro pode conter informações sobre suas fontes. Isso é especialmente verdadeiro para fontes que estão relativamente próximas da Terra em termos galácticos:a menos de um trigésimo da distância através da Via Láctea. Mas CALET também detecta os núcleos atômicos dos raios cósmicos com muita precisão. Agora, esses núcleos estão oferecendo informações importantes sobre as fontes dos raios cósmicos e como eles chegaram à Terra.

p "Não esperávamos que os núcleos - o carbono, oxigênio, prótons, ferro - realmente começaria a mostrar algumas dessas diferenças detalhadas que apontam claramente para coisas que não conhecemos, "Cherry diz.

p A última descoberta cria mais perguntas do que respostas, enfatizando que ainda há mais a aprender sobre como a matéria é gerada e se move pela galáxia. "Essa é uma questão fundamental:como você cria matéria?" Krizmanic diz. Mas, ele adiciona, "Esse é o motivo pelo qual entramos neste negócio, para tentar entender mais sobre como o universo funciona. "