Raios cósmicos de energia ultra-alta (UHECRs, na sigla em inglês) podem ter origem em núcleos atômicos mais pesados ​​do que o ferro, conforme propõe um estudo de exercícios teóricos publicado na revista Physical Review Letters.

Essas UHECRs são partículas de energia que superam em muito as produzidas pelos aceleradores terrestres e são extremamente raras em nosso planeta. Entre os exemplos mais notáveis ​​estão a partícula Amaterasu, detectada pelo observatório Telescope Array, em Utah, em 2021, e a partícula Oh-My-God, registrada em 1991, segundo o portal Phys.org.

De acordo com os autores do estudo, quanto mais pesado o núcleo, mais lentamente ele perde energia ao atravessar o espaço. Se essas hipóteses forem confirmadas — e os cálculos corroboram as estimativas —, isso restringe o número de fontes cósmicas capazes de acelerar tais partículas.

"Os UHECRs só podem ser acelerados pelas fontes mais poderosas do Universo. Ao detectar partículas individuais de raios cósmicos, como o Amaterasu, na Terra, podemos usar sua energia, direção de chegada e desvio esperado nos campos magnéticos para deduzir uma fonte possível", explica Kohta Murase, professor de física, astronomia e astrofísica da Faculdade de Ciências Eberly, da Universidade da Pensilvânia, e líder da equipe de pesquisa.

“A origem e os mecanismos de destruição dessas partículas permanecem, há mais de 60 anos, desde o primeiro registro dessas características, entre os principais mistérios do nosso campo”, acrescenta Murase.

Com energias superiores a 100 exa-elétron-volts (equivalente a 100 quintilhões de elétron-volts), essas partículas são cerca de sete ordens de magnitude — ou 10 milhões de vezes — mais energéticas do que as produzidas no Grande Colisor de Hádrons, o maior acelerador de partículas do mundo. A partícula Amaterasu, por exemplo, atingiu energia de aproximadamente 240 exa-elétron-volts.

“Acredita-se que essas partículas de energia extremas se originam em eventos astrofísicos igualmente extremos, como colisões de estrelas de nêutrons ou o colapso de estrelas massivas”, detalha o pesquisador. "Ao observar diversos eventos de raios cósmicos, sua distribuição energética, padrões de direção e composição estatística fornecem pistas valiosas sobre sua origem e mecanismos de atração.", completa.

Os ambientes mais promissores para a formação e melhoria desses núcleos superpesados ​​incluem o colapso de estrelas massivas em buracos negros ou estrelas de nêutrons altamente magnetizadas, além da fusão de sistemas binários de estrelas de nêutrons — específicos conhecidos por gerar ondas gravitacionais intensas.

Esses eventos cósmicos turbulentos também podem desencadear explosões de raios gama, incluindo entre os mais poderosos do Universo. A atuação dessas fontes pode explicar as diferenças nas espectros de UHECRs distribuídas entre os hemisférios norte e sul. Se núcleos superpesados ​​realmente tiverem participação significativa nas energias mais altas, os dados devem indicar uma composição ainda mais pesada do que o ferro.

Por Sputnik Brasil