Aceleradores cósmicos de partículas põem as coisas a mexer

Os choques astrofísicos são muito diversos
18 Novembro 2011

Os satélites Cluster da ESA descobriram que os aceleradores de partículas cósmicas são mais eficientes do que se pensava até aqui. A descoberta revelou, pela primeira vez, as fases iniciais da aceleração no Universo.

Todos os aceleradores de partículas necessitam de uma forma de iniciar o processo de aceleração. Por exemplo, o Large Hadron Collider (LHC), no CERN, recorre a uma série de pequenos aceleradores que põem as partículas em movimento antes de estas serem injectadas no anel principal de 27 km de comprimento, onde atingem a velocidade desejada.

No espaço, grandes campos magnéticos guiam as partículas conhecidas como raios cósmicos ao longo do Universo a uma velocidade próxima da da luz, mas são pouco eficientes a dar o empurrão inicial.

A missão Cluster da ESA mostrou que no espaço ocorre um processo semelhante ao que acontece no CERN, com acelerações graduais.

A 9 de Janeiro de 2005, os quatro satélites da missão Cluster passaram pela região do arco de choque magnético por cima da Terra. O alinhamento era quase perfeito, o que permitiu analisar o que se passava com os electrões em escalas temporais muito curtas, de 250 milissegundos ou menos.

As medições mostraram que a temperatura dos electrões aumenta bruscamente, criando condições favoráveis a uma aceleração em larga escala.

Já se suspeitava que o arco de choque magnético tinha esta capacidade, mas a dimensão do mesmo bem como os detalhes do processo eram difíceis de compreender. Até agora.

A nave Cluster encontra a onda de choque da Terra

A equipa de Steven J. Schwartz, do Imperial College, em Londres, usou os dados do Cluster para estimar a espessura do arco de choque. Isto é importante porque quanto mais fino o arco, mais fácil é acelerar as partículas.

"Com estas observações, descobrimos que o arco é o mais fino possível," diz Schwartz.

‘Fina’ neste caso corresponde a cerca de 17 km. Estimativas anteriores previam espessuras de camadas de choque acima da Terra de cerca de 100 km.

É a primeira vez que alguém vê com este detalhe a região inicial de aceleração das partículas cósmicas.

Este conhecimento é importante já que os choques estão por todo o lado no Universo. São criados sempre que um meio em movimento atinge um obstáculo ou outro fluxo.

Por exemplo, um avião supersónico atinge continuamente a atmosfera antes que as moléculas de ar conseguir desviar-se, formando uma onda de choque, na frente do avião que provoca um som característico. No Sistema Solar, o Sol liberta um vento solar acelerado e carregado electricamente. Quando este encontra o campo magnético terrestre forma-se um arco de choque permanente em frente do nosso planeta. O Cluster tem sido essencial no estudo deste fenómeno e os novos resultados obtidos para num ponto em particular podem ser aplicáveis em larga escala. Também se encontram arcos de choque à volta de estrelas em explosão, jovens estrelas, buracos negros e galáxias. Os cientistas espaciais suspeitam que estes possam estar na origem dos raios cósmicos de altas energias que preenchem o universo.

O Cluster demonstrou que os arcos de choque muito finos podem ser vitais para desencadear o processo de aceleração nestes locais. Pode não ser a única forma de iniciar as coisas, mas é definitivamente uma forma de o fazer.

"Estes novos resultados revelam o tamanho da proverbial 'black box', que esconde os eventuais mecanismos envolvidos nos processos de aceleração de partículas," diz Matt Taylor, o especialista da ESA para o Cluster.

"O Cluster forneceu-nos uma visão clara dos processos físicos que ocorrem em todo o Universo."

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