Maior observatório de raios cósmicos seleciona proposta de atualização

Aprimoramento do observatório Pierre Auger, na Argentina, permitirá identificar origem das partículas subatômicas mais energéticas conhecidas na atualidade

Elton Alisson, de Buenos Aires | Agência FAPESP – Os 17 países-membros da colaboração Pierre Auger, incluindo o Brasil e a Argentina, selecionaram uma proposta de aprimoramento do maior observatório de raios cósmicos em operação no mundo, instalado em Malargüe, na província de Mendoza, na Argentina, a 1,1 mil quilômetros de Buenos Aires.

Detalhes da proposta foram apresentados em uma mesa-redonda sobre grandes colaborações científicas realizada na quarta-feira (08/04) durante a FAPESP Week Buenos Aires.

Realizado pela FAPESP em parceria com o Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (Conicet), o evento reúne até a próxima sexta-feira (10/04), em Buenos Aires, pesquisadores do Estado de São Paulo e de diferentes instituições de ensino superior e de pesquisa da Argentina, com o objetivo de discutir o aumento da colaboração científica entre os dois países.

“O Observatório Pierre Auger é um bom exemplo de uma grande colaboração científica internacional, com a participação efetiva da Argentina e do Brasil no projeto, construção, operação e desempenho do sistema de detectores ao longo destes dez anos”, disse Carola Dobrigkeit Chinellato, professora do Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW) da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), à Agência FAPESP.

“A proposta de aprimoramento do Observatório Pierre Auger permitirá melhorar sua capacidade tecnológica para que possamos complementar os dados das partículas cósmicas de ultra-alta energia que estamos extraindo com os detectores que temos atualmente no observatório”, avaliou Chinellato, que preside a Comissão de Publicações do Pierre Auger.

O observatório astronômico, que entrou em operação com tomada de dados em 2004, após mais de dez anos de planejamento, conta com a participação de cerca de 500 cientistas, provenientes dos 17 países-membros da colaboração. O Brasil tem cerca de 5% de participação no projeto e a Argentina, aproximadamente, 8%.

A participação dos pesquisadores do Estado de São Paulo na colaboração é apoiada pela FAPESP. Já a participação de pesquisadores de outros estados é financiada por outras agências de fomento à pesquisa do país.

“O Brasil e a Argentina são os principais parceiros da colaboração Pierre Auger”, afirmou Alberto Etchegoyen, diretor do Instituto de Tecnologia em Detecção e de Astropartículas da Comissión Nacional de Energia Atómica (CNEA), da Argentina, em palestra durante o evento.

De acordo com os pesquisadores participantes da colaboração, o Observatório Pierre Auger permitiu observar ao longo dos dez anos de operação dezenas de raios cósmicos na região de energia acima de 10²⁰ (cem bilhões de bilhões) de elétrons-volts (eV) e confirmou que há uma forte supressão do fluxo de raios cósmicos que chegam à Terra com energias mais altas, acima de 5,5 x 10¹⁹ (55 bilhões de bilhões) de eV.

Uma das principais questões que os pesquisadores participantes do Pierre Auger tentarão responder por meio do plano de aprimoramento do observatório é qual a origem da supressão do fluxo dessas partículas subatômicas mais energéticas conhecidas na atualidade.

Dessa forma, será possível diferenciar se a supressão é devida a perdas de energia durante a propagação extragaláctica ou se é consequência da existência de um limite máximo de energia das partículas em suas fontes galácticas ou extragalácticas.

“Ao identificar a causa da supressão do fluxo será possível encontrar fontes ou regiões de fontes de raios cósmicos de ultra-alta energia”, estimou Chinellato.

“A chave para atingir esse objetivo está na melhoria da identificação da composição dos raios cósmicos primários, principalmente nas faixas de energias mais altas”, avaliou.

Segundo pesquisadores participantes da colaboração, um dos desafios para identificar a fonte e a composição dessas partículas vindas do espaço é que elas são medidas de forma indireta.

Quando uma partícula cósmica ultraenergética atinge a atmosfera terrestre, ela colide com um núcleo do ar, produzindo novas partículas que, por sua vez, também colidem e interagem, em um efeito multiplicativo em cascata, formando um chuveiro atmosférico extenso, constituído de um bilhão de partículas ou mais.

O Observatório Auger estuda os raios cósmicos ultraenergéticos que chegam até a Terra medindo esses chuveiros atmosféricos extensos produzidos por eles na atmosfera.

A expectativa é que o programa de aprimoramento pelo qual o Observatório Auger passará permita responder questões fundamentais sobre a natureza dos raios cósmicos de ultra-alta energia.

“Para que o Observatório Pierre Auger atinja esses objetivos científicos, é importante melhorar a sensibilidade dos detectores de partículas e estender as observações até a região de energia em que se observa a supressão do fluxo de raios cósmicos de ultra-alta energia”, afirmou Chinellato.

Proposta selecionada

De acordo com a pesquisadora, foram apresentadas cinco propostas de aprimoramento do Observatório Auger dentro da colaboração internacional. As propostas foram avaliadas por uma comissão de especialistas externos.

Cada uma das propostas envolve uma técnica diferente para a identificação e quantificação de múons – partículas subatômicas ultraenergéticas – nos chuveiros atmosféricos.

A determinação do número de múons permitirá obter informações sobre a composição dos raios cósmicos de mais alta energia, explicou Chinellato.

A proposta escolhida, denominada Scintillator Surface Detector (SSC), consiste em instalar detectores com cintiladores complementares de 2 m2 no topo de cada um dos 1.660 detectores de superfície do observatório, ao custo de US$ 12 milhões – equivalente a um quinto do custo da construção do observatório.

Espalhados por uma área de 3 mil km2, em uma região plana ao lado dos Andes, os detectores, que operam ininterruptamente, consistem em tanques de polietileno, preenchidos com 12 mil litros de água ultrapurificada e instrumentalizados com sensores fotomultiplicadores.

Quando as partículas de um chuveiro atmosférico atravessam a água no interior do tanque é emitida luz que pode ser medida nos sensores.

Antenas acopladas ao tanque transmitem os dados via rádio para a sede do observatório em Malargüe, de onde são enviados para análise de cerca de 500 pesquisadores em outros pontos do mundo.

Os detectores de superfície atuais do observatório já são bastante sensíveis aos múons presentes nos chuveiros atmosféricos. Ao complementá-los com novos detectores com cintiladores, contudo, será possível complementar as medidas da componente eletromagnética, explicou Chinellato.

“Já há protótipos dos detectores cintiladores em operação e em fase de teste no Observatório Auger”, contou. “Estimamos que nos próximos dois anos uma boa parte dos novos detectores já estejam instalados e seja possível tirar medidas mais completas de raios cósmicos de ultra-alta energia sem interromper a operação do observatório”, ressaltou.