Novas descobertas publicadas esta semana na Physical Review Letters sugerem que os raios ca³smicos de carbono, oxigaªnio e hidrogaªnio viajam pela gala¡xia em direção a  Terra de maneira semelhante, mas, surpreendentemente, o ferro chega a  Terra de maneira diferente. Aprender mais sobre como os raios ca³smicos se movem pela gala¡xia ajuda a resolver uma questãofundamental e persistente na astrofa­sica: como a matéria égerada e distribua­da pelo universo?

"Então o que essa descoberta significa?" pergunta John Krizmanic, um cientista saªnior do Centro de Ciência e Tecnologia Espacial da UMBC (CSST). "Esses são indicadores de que algo interessante estãoacontecendo. E o que éinteressante éque teremos que ver."

Os raios ca³smicos são núcleos ata´micos - a¡tomos desprovidos de seus elanãtrons - que estãoconstantemente zunindo pelo espaço quase a  velocidade da luz. Eles entram na atmosfera da Terra com energias extremamente altas. Informações sobre esses raios ca³smicos podem dar aos cientistas pistas sobre de onde eles vieram na gala¡xia e que tipo de evento os gerou.

Um instrumento na Estação Espacial Internacional (ISS) chamado Telescópio Eletra´nico Calorimanãtrico (CALET) vem coletando dados sobre raios ca³smicos desde 2015. Os dados incluem detalhes como quantos e quais tipos de a¡tomos estãochegando e quanta energia eles ' estãochegando com. As equipes americanas, italianas e japonesas que gerenciam o CALET, incluindo Krizmanic da UMBC e o pa³s-doutorado Nick Cannady, colaboraram na nova pesquisa.

Os raios ca³smicos chegam a  Terra de outras partes da gala¡xia com uma grande variedade de energias - de 1 bilha£o de volts a 100 bilhaµes de bilhaµes de volts. O instrumento CALET éum dos poucos no espaço que écapaz de fornecer detalhes finos sobre os raios ca³smicos que detecta. Um gra¡fico chamado espectro de raios ca³smicos mostra quantos raios ca³smicos estãochegando ao detector em cadanívelde energia. Os espectros para os raios ca³smicos de carbono, oxigaªnio e hidrogaªnio são muito semelhantes, mas a principal descoberta do novo artigo éque o espectro do ferro ésignificativamente diferente.

Existem várias possibilidades para explicar as diferenças entre o ferro e os três elementos mais leves. Os raios ca³smicos podem acelerar e viajar atravanãs da gala¡xia de forma diferente, embora os cientistas geralmente acreditem que entendem o último, Krizmanic diz.

"Algo que precisa ser enfatizado éque a maneira como os elementos chegam das fontes a nosédiferente, mas pode ser que as fontes também sejam diferentes", acrescenta Michael Cherry, professor emanãrito de física da Louisiana State University (LSU) e um coautor no novo artigo. Os cientistas geralmente acreditam que os raios ca³smicos se originam de estrelas em explosão (supernovas), mas estrelas de naªutrons ou estrelas muito massivas podem ser outras fontes potenciais.

Um instrumento como o CALET éimportante para responder a perguntas sobre como os raios ca³smicos se aceleram e viajam, e de onde eles vão. Instrumentos no solo ou balaµes voando alto na atmosfera da Terra foram a principal fonte de dados de raios ca³smicos no passado. Mas quando os raios ca³smicos alcana§am esses instrumentos, eles já interagiram com a atmosfera da Terra e se dividiram empartículas secunda¡rias . Com instrumentos baseados na Terra, équase impossí­vel identificar precisamente quantos raios ca³smicos prima¡rios e quais elementos estãochegando, além de suas energias. Mas CALET, estando na ISS acima da atmosfera, pode medir aspartículas diretamente e distinguir elementos individuais com precisão.

O ferro éum elemento particularmente útil para analisar, explica Cannady, um pa³s-doutorado com CSST e ex-Ph.D. estudante com Cherry na LSU. Em seu caminho para a Terra, os raios ca³smicos podem se decompor empartículas secunda¡rias e pode ser difa­cil distinguir entre aspartículas originais ejetadas de uma fonte (como uma supernova) e aspartículas secunda¡rias. Isso complica as deduções sobre a origem das partículas

“Amedida que as coisas interagem a caminho de nós, vocêobtera¡ essencialmente conversaµes de um elemento para outro”, diz Cannady. "O ferro éaºnico, sendo uma das coisas mais pesadas que podem ser sintetizadas na evolução estelar regular, temos quase certeza de que épraticamente todos os raios ca³smicos prima¡rios. a‰ o aºnico raio ca³smico prima¡rio puro, enquanto com outros você' vou ter alguns componentes secunda¡rios alimentando isso também. "

Medir os raios ca³smicos da¡ aos cientistas uma visão única dos processos de alta energia que acontecem em lugares distantes. Os raios ca³smicos que chegam a CALET representam "a matéria de que somos feitos. Somos feitos de poeira estelar", diz Cherry. "E fontes energanãticas, coisas como supernovas, ejetam esse material de seus interiores, para a gala¡xia, onde édistribua­do, forma novos planetas, sistemas solares e ... nós."

"O estudo dos raios ca³smicos éo estudo de como o universo gera e distribui matéria e como isso afeta a evolução da gala¡xia", acrescenta Krizmanic. "Então, na verdade, éestudar a astrofa­sica desse motor que chamamos de Via La¡ctea que estãolana§ando todos esses elementos ao redor."

A agaªncia espacial japonesa lançou o CALET e hoje lidera a missão em colaboração com as equipes dos Estados Unidos e da Ita¡lia. Nos EUA, 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 Washington University. O novo artigo éo quinto desta colaboração internacional altamente bem-sucedida publicada na PRL, uma das revistas de física de maior presta­gio.

CALET foi otimizado para detectar elanãtrons de raios ca³smicos, porque seu espectro pode conter informações sobre suas fontes. Isso éespecialmente verdadeiro para fontes que estãorelativamente próximas da Terra em termos gala¡cticos: a menos de um triganãsimo da distância atravanãs da Via La¡ctea. Mas CALET também detecta os núcleos ata´micos dos raios ca³smicos com muita precisão. Agora, esses núcleos estãooferecendo informações importantes sobre as fontes dos raios ca³smicos e como eles chegaram a  Terra.

"Nãoespera¡vamos que os núcleos - o carbono, o oxigaªnio, os pra³tons, o ferro - realmente comea§assem a mostrar algumas dessas diferenças detalhadas que apontam claramente para coisas que não sabemos", diz Cherry.

A última descoberta cria mais perguntas do que respostas, enfatizando que ainda hámais para aprender sobre como a matéria égerada e se move pela gala¡xia. "Essa éuma questãofundamental: como vocêcria matéria?" Krizmanic diz. Mas, ele acrescenta: "Esse éo motivo pelo qual entramos neste nega³cio, para tentar entender mais sobre como o universo funciona."