Cientistas da MSU ajudam a descobrir o mais alto

Michigan State University

EAST LANSING, Michigan – 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 na Michigan State University. “Achávamos que tínhamos descoberto essa estrela, mas não é o caso.”

Nisa, que em breve ingressará no 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 no Sol.

A equipa internacional responsável pela descoberta também descobriu que este tipo de luz, conhecido como raios gama, é surpreendentemente brilhante. Ou seja, há mais do que os cientistas previram anteriormente.

Assistindo como um HAWC

Embora a luz de alta energia não atinja a superfície da Terra, estes raios gama criam assinaturas reveladoras que foram detectadas por Nisa e os seus colegas que trabalham com o Observatório Cherenkov de Água de Alta Altitude, ou HAWC.

Financiado pela National Science Foundation e pelo Conselho Nacional de Ciência e Tecnologia de Humanidades, o 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 energético específico, 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 forma diferente dos telescópios convencionais, o HAWC parece muito diferente de um telescópio típico.

Em vez de um tubo equipado com lentes de vidro, o HAWC utiliza uma rede de 300 grandes tanques de água, cada um cheio de 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 chuvas 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 que consistem em partículas de energia mais baixa e luz. São essas partículas – e as novas partículas que elas criam ao descer – que o HAWC pode “ver”.

Quando as partículas da chuva interagem com a água nos tanques do HAWC, elas criam o que é conhecido como radiação Cherenkov, que pode ser detectada pelos instrumentos do observatório.

Nisa e os seus colegas começaram a recolher dados em 2015. Em 2021, a equipa acumulou dados suficientes para começar a examinar os raios gama do Sol com escrutínio suficiente.

“Depois de analisar dados de seis anos, revelou-se este excesso de raios gama”, disse Nisa. “Quando vimos pela primeira vez, pensamos: '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 que outras.

Por exemplo, através das suas reações nucleares, o Sol fornece uma tonelada de luz visível – isto é, a luz que vemos. Esta 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. Não só esse nível de energia foi surpreendente, mas também o fato de eles estarem vendo tanto disso.

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 uma supernova – colidissem com os prótons do Sol. Mas, com base no que se sabia sobre os raios cósmicos e o Sol, os investigadores também levantaram a hipótese de que seria raro ver estes raios gama atingirem a Terra.