Às vezes, o melhor lugar para esconder um segredo é em plena luz do dia. Basta perguntar ao sol.
“O sol é mais surpreendente do que pensávamos”, disse Mehr Un Nisa, pesquisador associado de pós-doutorado da Michigan State University. “Pensamos que tínhamos descoberto essa estrela, mas não é o caso.”
Nisa, que em breve se juntará ao corpo docente da MSU, é a autora correspondente de um novo artigo na revista Physical Review Letters que detalha a descoberta da luz de maior energia já observada do sol.
A equipe internacional por trás da descoberta também descobriu que esse tipo de luz, conhecido como raios gama, é surpreendentemente brilhante. Ou seja, há mais do que os cientistas haviam previsto anteriormente.
Assistindo como um HAWC
Embora a luz de alta energia não alcance a superfície da Terra, esses raios gama criam assinaturas reveladoras que foram detectadas por Nisa e seus colegas que trabalham com o High-Altitude Water Cherenkov Observatory, ou HAWC.
HAWC é uma parte importante da história. Ao contrário de outros observatórios, funciona 24 horas por dia.
“Agora temos técnicas de observação que não eram possíveis há alguns anos”, disse Nisa, que trabalha no Departamento de Física e Astronomia da Faculdade de Ciências Naturais.
“Neste regime de energia particular, outros telescópios terrestres não podiam olhar para o sol porque só funcionam à noite”, disse ela. “O nosso funciona 24 horas por dia, 7 dias por semana.”
Além de funcionar de maneira diferente dos telescópios convencionais, o HAWC parece muito diferente do telescópio típico.
Em vez de um tubo equipado com lentes de vidro, o HAWC usa uma rede de 300 grandes tanques de água, cada um cheio com cerca de 200 toneladas métricas de água. A rede está situada entre dois picos de vulcões adormecidos no México, a mais de 13.000 pés acima do nível do mar.
Deste ponto de vista, ele pode observar as consequências dos raios gama atingindo o ar na atmosfera. Essas colisões criam o que chamamos de chuveiros de ar, que são um pouco como explosões de partículas imperceptíveis a olho nu.
A energia do raio gama original é liberada e redistribuída entre novos fragmentos constituídos por partículas de menor energia e luz. São essas partículas – e as novas partículas que elas criam ao descer – que o HAWC pode “ver”.
Quando as partículas do chuveiro interagem com a água nos tanques do HAWC, elas criam o que é conhecido como radiação Cherenkov, que pode ser detectada com os instrumentos do observatório.
Nisa e seus colegas começaram a coletar dados em 2015. Em 2021, a equipe acumulou dados suficientes para começar a examinar os raios gama do sol com escrutínio suficiente.
“Depois de analisar seis anos de dados, esse excesso de raios gama apareceu”, disse Nisa. “Quando vimos pela primeira vez, pensamos: ‘Nós definitivamente estragamos tudo. O sol não pode ser tão brilhante com essas energias’.”
Fazendo história
O sol emite muita luz abrangendo uma gama de energias, mas algumas energias são mais abundantes do que outras.
Por exemplo, por meio de suas reações nucleares, o sol fornece uma tonelada de luz visível – ou seja, a luz que vemos. Essa forma de luz carrega uma energia de cerca de 1 elétron-volt, que é uma unidade de medida útil em física.
Os raios gama que Nisa e seus colegas observaram tinham cerca de 1 trilhão de elétron-volts, ou 1 tera elétron-volt, abreviado como 1 TeV. Esse nível de energia não era apenas surpreendente, mas também o fato de que eles estavam vendo tanto.
Na década de 1990, os cientistas previram que o sol poderia produzir raios gama quando raios cósmicos de alta energia – partículas aceleradas por uma potência cósmica como um buraco negro ou supernova – colidem com prótons no sol. Mas, com base no que se sabia sobre os raios cósmicos e o sol, os pesquisadores também levantaram a hipótese de que seria raro ver esses raios gama atingirem a Terra.
Na época, porém, não havia um instrumento capaz de detectar tais raios gama de alta energia e não haveria por um tempo. A primeira observação de raios gama com energias de mais de um bilhão de elétron-volts veio do Fermi Gamma-ray Space Telescope da NASA em 2011.
Nos anos seguintes, a missão Fermi mostrou que não só esses raios poderiam ser muito energéticos, mas também que havia cerca de sete vezes mais deles do que os cientistas esperavam originalmente. E parecia que havia raios gama para serem descobertos em energias ainda mais altas.
Quando um telescópio é lançado no espaço, há um limite para quão grandes e poderosos seus detectores podem ser. As medições do telescópio Fermi dos raios gama do sol atingiram o máximo de cerca de 200 bilhões de elétron-volts.
Os teóricos liderados por John Beacom e Annika Peter, ambos professores da Ohio State University, encorajaram a HAWC Collaboration a dar uma olhada.
“Eles nos cutucaram e disseram: ‘Não estamos vendo um corte. Você pode ser capaz de ver alguma coisa”, disse Nisa.
A Colaboração HAWC inclui mais de 30 instituições na América do Norte, Europa e Ásia, e uma parte considerável disso está representada nos quase 100 autores do novo artigo. Isso inclui Daniel Salazar-Gallegos, estudante de pós-graduação da Michigan State University, o professor emérito James Linnemann e Kirsten Tollefson, professora de física e astronomia e reitora associada da Escola de Pós-Graduação da MSU.
Agora, pela primeira vez, a equipe mostrou que as energias dos raios solares se estendem na faixa de TeV, até quase 10 TeV, o que parece ser o máximo, disse Nisa.
Atualmente, a descoberta gera mais perguntas do que respostas. Os cientistas solares vão agora coçar a cabeça sobre como exatamente esses raios gama atingem tais altas energias e qual o papel que os campos magnéticos do sol desempenham neste fenômeno, disse Nisa.
Quando se trata do cosmos, porém, isso faz parte da empolgação. Isso nos diz que havia algo errado, faltando ou talvez ambos quando se trata de como entendemos nossa estrela mais próxima e querida.
“Isto mostra que o HAWC está a aumentar o nosso conhecimento da nossa galáxia nas energias mais altas e está a abrir questões sobre o nosso próprio sol,” disse Nisa. “Está nos fazendo ver as coisas sob uma luz diferente. Literalmente.”
Publicado em 06/08/2023 20h49
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