Análise de dados de um mapeador de relâmpagos e um pequeno, detector de radiação portátil inesperadamente lançou luz sobre como pode ser uma explosão de raios gama de um relâmpago - observando nêutrons gerados do solo por grandes chuvas de raios cósmicos. O trabalho foi realizado no Observatório de Raios Cósmicos de High Altitude Water Cherenkov (HAWC), no México.

"Esta foi uma descoberta acidental, "disse Greg Bowers, um cientista do Laboratório Nacional de Los Alamos e principal autor do estudo publicado em Cartas de pesquisa geofísica . "Montamos este sistema para estudar flashes de raios gama terrestres - ou rajadas de raios gama de relâmpagos - que normalmente são tão brilhantes que você pode vê-los do espaço. A ideia era que HAWC seria sensível a explosões de raios gama, portanto, instalamos um mapeador de relâmpagos para capturar a anatomia do desenvolvimento do relâmpago e localizar os processos de relâmpagos que os produzem. "

O time, incluindo Xuan-Min Shao e Brenda Dingus também de Los Alamos, usou um pequeno, detector de partículas portátil, esperar que um flash de raios gama terrestre gerasse um sinal claro de raios gama no detector de pequenas partículas.

"Nosso sistema funcionou por quase dois anos, e vimos muitos relâmpagos, "disse Bowers. Mas durante essas tempestades, eles não observaram nada que se parecesse com flashes de raios gama terrestres. "Nós fizemos, Contudo, ver grandes rajadas de taxa de contagem durante a limpeza, dias de bom tempo, o que nos fez coçar a cabeça. "

Os dados HAWC coletados durante esses tempos mostraram que, Em todo caso, o grande arranjo que compreende o HAWC foi dominado por chuvas de raios cósmicos extremamente grandes - tão grandes que os pesquisadores de Los Alamos não puderam estimar seu tamanho.

David Smith, colaborador da UC Santa Cruz, descobriu que essas explosões de bom tempo já haviam sido observadas por cientistas na Rússia, que os chamou de "rajadas de nêutrons, "e determinou que eram o resultado da produção de nêutrons no solo em torno do ponto de impacto dos núcleos de chuveiro de raios cósmicos.

Trabalhos anteriores que simularam esses eventos consideraram apenas os hádrons - um tipo de partícula subatômica - no centro dos chuveiros. Além de hádrons e outras partículas, Os núcleos dos chuveiros de raios cósmicos também contêm muitos raios gama.

Para este trabalho, William Blaine, também de Los Alamos, simulou grandes chuvas de raios cósmicos, e incluiu os hádrons e os raios gama. "Pudemos comparar nossas observações com as simulações, "disse Bowers." Descobrimos que os raios gama produzem o mesmo tipo de explosão de nêutrons que os hádrons. "

Este estudo sugere que qualquer fenômeno natural que produza um feixe de raios gama apontado para o solo (como flashes de raios gama terrestres para baixo), poderia produzir uma assinatura semelhante de "explosão de nêutrons". Isso é significativo para futuros esforços de modelagem de observação por flash de raios gama terrestres.

"Isso nos diz que você não pode simplesmente modelar os raios gama que atingem seu detector, você também terá que considerar a explosão de nêutrons que está acontecendo nas proximidades, "disse Bowers.

O Observatório HAWC compreende uma série de tanques cheios de água no alto dos flancos do vulcão Sierra Negra, em Puebla, México, onde a fina atmosfera oferece melhores condições para a observação de raios gama. Quando os raios gama atingem as moléculas na atmosfera, eles produzem chuvas de partículas energéticas. Quando algumas dessas partículas atingem a água dentro dos tanques do detector HAWC, eles produzem flashes de luz chamados radiação Cherenkov. Ao estudar esses flashes Cherenkov, pesquisadores reconstroem as fontes dos chuveiros para aprender sobre as partículas que os causaram.