Comunicado sobre o artigo publicado na revista Science, 9 de novembro de 2007

8 de novembro, 2007

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Observatório Auger dá passo importante na solução de um mistério de longa data, associando raios cósmicos de energias elevadas a buracos negros

MALARGÜE, Argentina – Cientistas da colaboração Pierre Auger anunciaram hoje (8 de novembro) que os Núcleos Ativos de Galáxias (AGN, na sigla em inglês) são os candidatos mais prováveis para a origem dos raios cósmicos de energias elevadas que atingem a Terra. Através do Observatório Pierre Auger na Argentina, o maior observatório de raios cósmicos do mundo, uma equipe de cientistas de 17 países descobriu que as fontes das partículas de energias elevadas não estão distribuídas uniformemente no céu. Pelo contrário, os resultados do Auger relacionam as origens destas partículas misteriosas às posições de galáxias vizinhas que possuem núcleos ativos em seus centros. Os resultados serão publicados na edição de 9 de novembro do periódico científico Science.

Acredita-se que os Núcleos Ativos de Galáxias sejam ativados por buracos negros super massivos que devoram grandes quantidades de matéria. Há muito tempo eles têm sido considerados como prováveis regiões onde ocorre a produção de partículas de energias elevadas. Eles engolem gás, poeira e outras matérias de suas galáxias anfitriãs e expelem partículas e energia. Enquanto a maioria das galáxias possui buracos negros em seu centro, apenas uma fração de todas as galáxias possui um AGN. Ainda é um mistério o mecanismo exato pelo qual os AGNs conseguem acelerar partículas com energias 100 milhões de vezes mais elevadas do que o acelerador de partícula mais poderoso da Terra.

"Demos um grande passo adiante para resolver o mistério sobre a natureza e origem dos raios cósmicos de energias elevadas, primeiramente revelados pelo físico francês Pierre Auger em 1938," disse o vencedor do prêmio Nobel James Cronin, da Universidade de Chicago, que idealizou o Observatório Pierre Auger junto com Alan Watson da Universidade de Leeds. "Nós descobrimos que o céu do Hemisfério Sul observado através de raios cósmicos de energias elevadíssimas não é uniforme. Esta é uma descoberta fundamental. A era da astronomia de raios cósmicos chegou. Nos próximos anos nossos dados permitirão identificar as fontes exatas destes raios cósmicos e como elas aceleram estas partículas."

Os raios cósmicos são prótons e núcleos atômicos que viajam através do universo com velocidade próxima a da luz. Quando estas partículas se chocam na atmosfera superior de nosso planeta criam uma cascata de partículas secundárias, chamada de chuveiro atmosférico, que pode se espalhar por 40 ou mais quilômetros quadrados (15 milhas quadradas) à medida que atinge a superfície terrestre.

"Este resultado anuncia uma nova janela para o universo próximo e o início da astronomia de raios cósmicos," disse Watson, porta-voz da colaboração Pierre Auger. "Conforme coletamos mais e mais dados, podemos olhar para as galáxias individuais de uma maneira detalhada e completamente nova. Como havíamos antecipado, nosso observatório está produzindo uma imagem nova do universo baseado em raios cósmicos ao invés da luz."

O Observatório Pierre Auger registra chuveiros de raios cósmicos através de uma série de 1.600 detectores de partículas separados por uma distância de 1,5 quilômetro (aproximadamente uma milha) em uma área de 3.000 quilômetros quadrados (1.200 milhas quadradas). Vinte e quatro telescópios especialmente projetados registram a emissão de luz de fluorescência do chuveiro. A combinação de detectores de partículas e dos telescópios de fluorescência resulta em um instrumento extremamente poderoso para esta pesquisa.

Enquanto o observatório registra quase um milhão de chuveiros de raios cósmicos, apenas os mais raros raios cósmicos de energias mais elevadas podem apontar, com precisão, para suas fontes. Até agora, os cientistas do Auger registraram 81 raios cósmicos com energia acima de 4 x10¹⁹ elétron volts, ou 40 EeV. Este é o maior número de raios cósmicos com energia acima de 40 EeV registrado por um observatório. Nestas energias elevadíssimas, a incerteza sobre a direção de onde o raio cósmico veio é somente de alguns graus, permitindo que os cientistas determinem a localização da fonte cósmica da partícula.

A colaboração Auger descobriu que os 27 eventos de energias mais elevadas, acima de 57 EeV, não vêm igualmente de todas as direções. Comparando a distribuição destes eventos com as posições conhecidas de 381 Núcleos Ativos de Galáxias, a colaboração descobriu que a maioria destes eventos podem ser correlacionados às posições de AGNs de algumas galáxias vizinhas, tais como Centaurus A.

"Os raios cósmicos de baixas energias são abundantes e vêm de todas as direções, a maior parte de dentro de nossa própria Via Láctea. Até agora, a única fonte de partículas de raios cósmicos conhecida com certeza é o Sol. Os raios cósmicos de outras fontes prováveis, tais como explosões estelares, possuem trajetórias tão irregulares através do espaço, de modo que, quando atingem a Terra, é impossível determinar suas origens. Mas quando você olha os raios cósmicos de energias elevadas vindos de fontes mais violentas, eles apontam para suas origens. O desafio agora é registrar o suficiente destas balas cósmicos para compreendermos os processos que as lançam pelo espaço, " afirmou Paul Mantsch, gerente de projeto do Observatório Pierre Auger.

Raios cósmicos com energias superiores a aproximadamente 60 EeV perdem energia nas colisões com a radiação cosmológica de fundo, radiação residual do Big Bang que preenche todo o espaço. Mas os raios cósmicos de fontes próximas são menos propensos a perder energia em colisões ao longo de uma trajetória relativamente curta até a Terra. Os cientistas do Auger descobriram que a maioria dos 27 eventos com energia acima de 57 EeV veio de regiões no céu que incluem os AGNs mais próximos, dentro de algumas centenas de milhões de anos-luz da Terra.

Os cientistas acreditam que a maioria das galáxias possui buracos negros em seus centros, com massas que variam de um milhão a alguns bilhões de vezes a massa do Sol. O buraco negro no centro de nossa Via Láctea pesa aproximadamente 3 milhões de massas solares, mas não é um AGN. Galáxias que possuem um AGN parecem ser aquelas que sofreram uma colisão com outra galáxia ou que sofreram algum outro cataclismo nas últimas centenas de milhões de anos. O AGN engole a matéria que vem em sua direção e libera quantidades prodigiosas de radiação. O resultado do Auger indica que os AGNs também podem produzir as partículas de energias mais elevadas do universo.

A astronomia dos raios cósmicos é um desafio, porque os raios cósmicos de baixas energias não fornecem nenhuma informação confiável sobre a localização de sua fonte de origem: enquanto viajam pelo cosmos, eles são defletidos pelos campos magnéticos galácticos e intergalácticos, o que resulta em imagens borradas. Por outro lado, as partículas mais energéticas quase viajam em linha reta a partir de suas fontes, porque são pouco afetadas pelos campos magnéticos. Infelizmente, elas colidem na Terra em uma taxa de aproximadamente apenas um evento por quilômetro quadrado por século, o que exige um observatório de grandes proporções.

Por causa de seu tamanho, o Observatório Auger pode registrar aproximadamente 30 eventos de energias elevadíssimas por ano. A colaboração Auger está desenvolvendo o projeto para um segundo Observatório de maiores proporções no Colorado (EUA) para cobrir a observação do céu inteiro e aumentar substancialmente o número de registros de eventos de energias elevadas.

"Nossos resultados atuais mostram o futuro promissor da astronomia de raios cósmicos", afirmou o porta voz do Auger Giorgio Matthiae, da Universidade de Roma. "Até agora instalamos 1400 dos 1600 detectores de partículas do Observatório Auger na Argentina. Um sítio no Norte nos permitirá olhar mais galáxias e buracos negros, aumentando a sensibilidade de nosso observatório. Também existem mais AGNs próximos no céu do hemisfério Norte do que no hemisfério Sul."

O Observatório Pierre Auger está sendo construído por uma equipe de mais de 370 cientistas e engenheiros de 17 países.

"A colaboração é uma verdadeira parceria internacional em que nenhum país contribuiu com mais de 25 por cento do custo de construção de US$ 54 milhões", disse Danilo Zavrtanik, da Universidade de Nova Gorica e presidente do Conselho da Colaboração Auger. Os nomes das agências de fomento que contribuíram para o Observatório Pierre Auger assim como os nomes das instituições participantes estão listados abaixo.

A construção Observatório Pierre Auger foi iniciada em 17 de março de 1999, na província de Mendoza, na Argentina, como uma realização de grande impacto para a região do hemisfério Sul. Após o período de instalação e testes dos detectores, o levantamento de dados científicos se iniciou em janeiro de 2004.

"A Argentina está satisfeita em hospedar e participar deste esforço científico ímpar", afirmou Alberto Etchegoyen, do Laboratório Tandar e porta voz do Observatório do Sul, "e agora, depois de olhar para estes anos de esforços e empolgação, há um sentimento da gratitude e respeito para com todos os membros da colaboração que cuidaram de cada mínimo detalhe que resultou no anúncio de hoje."

O observatório é uma homenagem ao cientista francês Pierre Victor Auger (1899-1993), que em 1938 foi o primeiro a observar os chuveiros extensos na atmosfera gerados a partir da interação de raios cósmicos de altas energias com a atmosfera terrestre.

Notas para editores:

Agências de Fomento do Observatory Auger (por país):

Internacional

ALFA-EC / HELEN

UNESCO

Alemanha

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Finanzministerium Baden-Württemberg

Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren (HGF)

Ministerium für Wissenschaft und Forschung, Nordrhein Westfalen

Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst, Baden-Württemberg

Argentina

Comisión Nacional de Energía Atómica

Fundación Antorchas

Gobierno De La Provincia de Mendoza

Municipalidad de Malargüe

Austrália

Australian Research Council

Brasil

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Rio de Janeiro (FAPERJ)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Ministério de Ciência e Tecnologia (MCT)

Eslovênia

Ministry for Higher Education, Science, and Technology

Slovenian Research Agency

Espanha

Comunidad de Madrid

Consejería de Educacíon de la Comunidad de Castilla La Mancha

FEDER funds

Ministerio de Educacíon y Ciencia

Xunta de Galicia

Estados Unidos

Department of Energy

Grainger Foundation

National Science Foundation

França

Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Conseil Régional Ile-de-France

Département Physique Nucléaire et Corpusculaire (PNC-IN2P3/CNRS)

Département Sciences de l'Univers (SDU-INSU/CNRS)

Itália

Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN)

Ministero dell'Istruzione, dell'Università e della Ricerca (MIUR)

México

Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT)

Países Baixos

Ministerie van Onderwijs, Cultuur en Wetenschap

Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO)

Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM)

Polônia

Ministry of Science and Higher Education

Portugal

Fundação para a Ciência e a Tecnologia

Reino Unido

Science and Technology Facilities Council

República Tcheca

Ministry of Education, Youth and Sports of the Czech Republic

Instituições participantes do Observatório Auger Observatory (por país):

Argentina

Centro Atómico Bariloche (CNEA); Instituto Balseiro (CNEA & UNCuyo); CONICET

Instituto de Astronomía y Física del Espacio (CONICET)

Laboratorio Tandar (CNEA); CONICET; Univ. Tec. Nac. (Reg. Buenos Aires)

Pierre Auger Southern Observatory

Universidad Nacional de la Plata; IFLP/CONICET; Univ. Nac. de Buenos Aires

Universidad Tecnológica Nacional - Regionales Mendoza y San Rafael

Austrália

University of Adelaide

Bolívia

Universidad Catolica de Bolivia

Universidad Mayor de San Andrés

Brasil

Centro Brasileiro de Pesquisas Fisicas (CBPF)

Pontifícia Universidade Católica, Rio de Janeiro

Universidade de Sao Paulo, Inst. de Fisica

Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)

Universidade Estadual de Feira de Santana (UEFS)

Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB)

Universidade Federal da Bahia

Universidade Federal do ABC (UFABC)

Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)

Universidade Federal Fluminense

República Tcheca

Charles University Prague, Institute of Particle and Nuclear Physics

Institute of Physics (FZU) of the Academy of Sciences of the Czech Republic

França

Institut de Physique Nucléaire, Orsay (IPNO)

Laboratoire AstroParticule et Cosmologie Université Paris VII

Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire (LAL), Orsay

Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Energies (LPNHE), Université Paris 6

Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie (LPSC) - Grenoble

Alemanha

Bergische Universität Wuppertal

Forschungszentrum Karlsruhe - Institut für Kernphysik

Forschungszentrum Karlsruhe - Institut für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik

Max-Planck-Institut für Radioastronomie and Universität Bonn

Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (RWTH) Aachen

Universität Karlsruhe (TH) - Institut für Experimentelle Kernphysik (IEKP)

Universität Siegen

Itália

Dipartimento di Fisica dell'Università and INFN, L'Aquila

Dipartimento di Fisica dell'Università and Sezione INFN, Milano

Dipartimento di Fisica dell'Università di Napoli “Federico II” and Sezione INFN, Napoli

Dipartimento di Fisica dell'Università di Roma “Tor Vergata” and Sezione INFN Roma II

Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'Università di Catania & Sezione INFN, Catania

Dipartimento di Fisica Sperimentale dell'Università and Sezione INFN, Torino

Dipartimento di Fisica, Università del Salento and Sezione INFN

Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario (INAF), Dipartimento di Fisica Generale dell'Università and Sezione INFN, Torino

Laboratori Nazionali del Gran Sasso, INFN

Osservatorio Astrofisico di Arcetri

México

Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP)

Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN (CINVESTAV)

Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo

Universidad Nacional Autónoma de México

Holanda

Institute for Mathematics, Astrophysics and Particle Physics (IMAPP), Radboud Universiteit

Kernfysisch Versneller Instituut (KVI), Rijksuniversiteit Groningen

Nationaal Instituut voor Kernfysica en Hoge Energie Fysica (Nikhef)

Stichting Astronomisch Onderzoek in Nederland (ASTRON), Dwingeloo

Polônia

Henryk Niewodniczanski Institute of Nuclear Physics, Polish Academy of Sciences

University of Łódź

Portugal

Laboratory of Instrumentation and Experimental Particle Physics (LIP)

Eslovênia

University of Nova Gorica

Espanha

Instituto de Física Corpuscular, CSIC-Universitat de València

Universidad Complutense de Madrid

Universidad de Alcalá de Henares

Universidad de Santiago de Compostela

University of Granada

Reino Unido

Oxford University

University of Leeds, School of Physics & Astronomy

Estados Unidos

Argonne National Laboratory

Case Western Reserve University

Colorado School of Mines

Colorado State University, Fort Collins

Colorado State University, Pueblo

Columbia University

Fermi National Accelerator Laboratory

Louisiana State University

Michigan Technological University

New York University

Northeastern University

Ohio State University

Pennsylvania State University

Southern University

University of California, Los Angeles

University of Chicago

University of Colorado

University of Hawaii

University of Minnesota

University of Nebraska

University of New Mexico

University of Utah

University of Wisconsin-Madison

University of Wisconsin-Milwaukee

Vietnã

Institute of Nuclear Science and Technology of Hanoi (INST)