Uma equipe de pesquisa internacional desenvolveu um programa de computador que pode simular o transporte de raios cósmicos pelo espaço. Os pesquisadores esperam que isso os ajude a resolver o mistério das fontes de raios cósmicos.
Até agora, não sabemos quais objetos celestes emitem a radiação de alta energia que atinge a Terra do espaço. Modelos teóricos são necessários para explicar dados experimentais; a nova simulação de computador pode fornecer isso. Uma equipe de pesquisadores da Ruhr-Universität Bochum (RUB) descreve o software no Journal of Cosmology and Astroarticle Physics .

Como um céu uniformemente iluminado durante o dia

Desde sua descoberta há 100 anos, os pesquisadores tentam decifrar de onde vêm os raios cósmicos. O problema é que, vistos da Terra, eles se parecem com o céu durante o dia a olho nu – ou seja, igualmente iluminados em quase todos os lugares que olhamos.

Isso ocorre porque a luz do sol é espalhada na atmosfera da Terra e se espalha uniformemente por todo o céu. Os raios cósmicos também são espalhados em seu caminho para a Terra – por meio de interações com campos magnéticos cósmicos. Tudo o que podemos ver da Terra é uma imagem uniformemente iluminada; a origem da radiação permanece oculta.

Trajetórias de partículas simuladas desde a produção até a detecção

"Nosso programa CRPropa nos permite traçar as trajetórias das partículas desde sua formação até sua chegada à Terra - e isso para todas as energias que podemos observar da Terra", diz Julien Dörner, Ph.D. estudante da RUB. “Também podemos explicar totalmente a interação das partículas com a matéria e os campos de fótons no universo”.

O programa pode simular não apenas a propagação de raios cósmicos, mas também assinaturas de neutrinos e raios gama que são produzidos em interações de raios cósmicos. "Ao contrário dos raios cósmicos, essas partículas mensageiras podem ser observadas diretamente de suas fontes, pois chegam à Terra em um caminho reto", explica o Dr. Patrick Reichherzer, pesquisador de pós-doutorado da RUB. “Também podemos usar o software para prever tais assinaturas de neutrinos e raios gama de galáxias distantes, como starbursts ou galáxias ativas”.

O programa de simulação apresentado é atualmente o software mais completo e abre novas janelas para o universo. “Podemos explorar novas faixas de energia na simulação que não puderam ser totalmente capturadas com tantos detalhes com os programas disponíveis até o momento”, diz o professor Karl-Heinz Kampert da Universidade de Wuppertal. “Mais importante, podemos desenvolver um modelo teórico que descreva a transição dos raios cósmicos de nossa própria galáxia para uma fração vinda de galáxias distantes e compará-lo com observações”.

Cálculos teóricos essenciais para interpretar dados experimentais

O programa de simulação foi desenvolvido como resultado de uma colaboração internacional de 17 pesquisadores da Alemanha, Espanha, Holanda, Itália, Croácia, Inglaterra e Áustria. Com oito pesquisadores, o RUB é um dos principais parceiros do projeto. O projeto foi conduzido como parte do Collaborative Research Center (CRC) 1491 The Interplay of Cosmic Matter, financiado pela Fundação Alemã de Pesquisa.

A porta-voz do CRC, professora Julia Tjus da RUB, diz que "a publicação é um passo importante para uma descrição quantitativa do transporte e interação dos raios cósmicos em três dimensões. O CRPropa contribuirá significativamente para entender de onde vêm os raios cósmicos. Afinal, precisamos cálculos teóricos para nos ajudar a interpretar a variedade de dados que recebemos dos vários instrumentos que monitoram o cosmos." + Explorar mais

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