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Os raios cósmicos são partículas carregadas energeticamente provenientes de fontes extraterrestres, sendo que os eventos de maior energia são considerados provenientes de fontes extragalácticas.
Os raios cósmicos de ultrahigh-energy (UHECRs) são partículas subatômicas provenientes de fontes extragalácticas com energias maiores que 1 EeV (equivalente a 10 eV), o que é cerca de um milhão de vezes mais alto do que a energia alcançada pelos aceleradores de partículas feitos pelo homem.
Acredita-se que as origens dos UHECRs estejam relacionadas aos fenômenos mais energéticos do Universo, como jatos relativísticos e emissões associadas a buracos negros, explosões de raios gama e erupções relativísticas de núcleos galácticos ativos, ou choques de acreção em larga escala em torno de aglomerados de galáxias (). Alternativamente, os UHECRs podem ser produzidos por física além do modelo padrão da física de partículas , embora essa possibilidade seja limitada pelos limites superiores no fluxo de fótons de ultrahigh-energy (UHE) .
Os mecanismos de aceleração dessas partículas também são desconhecidos. Como os raios cósmicos são carregados, eles são desviados ao longo de seu caminho até a Terra por campos magnéticos galácticos e extragalácticos, portanto, suas direções de chegada não necessariamente apontam para suas fontes.
Embora tenham sido observados raios cósmicos com energia 100 EeV , espera-se que as interações com a radiação de fundo de micro-ondas cósmica (CMB) suprimam o fluxo de UHECRs acima de 60 EeV . Isso ocorre porque as interações entre prótons UHECR e o CMB podem produzir píons ou induzir fotodissociação de núcleos pesados.
Em energias superiores a 100 EeV, o fluxo de raios cósmicos é inferior a uma partícula por século por quilômetro quadrado .
Sua chegada é pouco frequente, portanto a detecção requer instrumentos com áreas de coleta amplas. Neste trabalho, relatamos a detecção de uma partícula extremamente energética registrada pelo conjunto de detectores de superfície do experimento Telescópio Array.
O experimento Telescópio Array fez uma descoberta inovadora, detectando uma partícula cósmica de raios extremamente energética com uma energia de 244 ± 29 EeV. Essa descoberta notável lança luz sobre as origens e propagação dos raios cósmicos de ultrahigh-energy.
Esse baixo fluxo só pode ser medido por um instrumento com uma área de coleta de ∼1000 km. A energia, massa e direção de chegada dos UHECRs podem ser reconstruídas a partir das cascadas de partículas secundárias [um chuveiro atmosférico extenso (EAS)] produzidas por sua interação com a atmosfera da Terra. Arranjos de detectores, como cintiladores de plástico ou estações de água-Cerenkov, podem medir EASs quando elas alcançam o solo.
O experimento Telescópio Array (TA) é um detector de raios cósmicos localizado em Utah, EUA, a 39,30° de latitude norte, 112,91° de longitude oeste e 1370 m acima do nível do mar. Consiste em um conjunto de detectores de superfície (SD) com 507 estações dispostas em uma grade quadrada. Cada detector possui duas camadas de 3 m de cintilador plástico que detectam partículas carregadas de EAS. Esse conjunto extenso permite a medição precisa da energia, massa e direção de chegada dos raios cósmicos. Ao analisar as cascadas de partículas secundárias produzidas quando os raios cósmicos interagem com a atmosfera da Terra, os cientistas podem reconstruir informações valiosas sobre essas partículas elusivas.
Em conclusão, a detecção de uma partícula cósmica de raios extremamente energética pelo experimento Telescópio Array forneceu informações valiosas sobre as origens e propagação dos raios cósmicos de ultrahigh-energy. A direção de chegada da partícula, apontando para um vazio na estrutura em larga escala do Universo, apresenta possibilidades intrigantes e desafia nossa compreensão atual dos raios cósmicos e da física de partículas. Com mais pesquisas e análises, os cientistas buscam desvendar os mistérios desses poderosos mensageiros cósmicos.
FONTE:
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo5095
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