Em algum lugar distante do universo, uma estrela explode e uma cascata começa.
Energia e pequenos pedaços de matéria aceleram em todas as direções da supernova florescente. Eles impactam planetas e outras estrelas e colidem com a mídia interestelar, e uma pequena porção deles chega à Terra.
Estes são os raios cósmicos primários, os feixes de luz e as partículas subatômicas fantasmagóricas chamadas neutrinos que os cientistas detectam com finos telescópios e um estranho e imóvel detector enterrado sob o gelo do Polo Sul. Eles chegam em uma torrente de todas as direções ao mesmo tempo, à medida que as estrelas morrem por todo o universo.
Mas eles não são os únicos raios cósmicos. Há outro tipo, mais difícil de detectar e misterioso.
Quando os raios cósmicos primários colidem com a mídia interestelar - o material desconhecido e invisível entre as estrelas -, a mídia ganha vida, enviando seus próprios fluxos de partículas carregadas para o espaço, disse Samuel Ting, professor de física do Instituto de Tecnologia de Massachusetts que venceu. o Prêmio Nobel de 1976 por descobrir a primeira de uma nova e estranha classe de partículas composta de quarks de matéria e antimatéria.
E em um novo artigo publicado em 11 de janeiro na revista Physical Review Letters, Ting e seus colegas fizeram um mapeamento adicional do que são essas partículas e como elas se comportam. Especificamente, os pesquisadores descreveram as cargas e espectros de partículas dos núcleos de lítio, berílio e boro que atingem a atmosfera da Terra - com base em resultados anteriores que descrevem as cargas e espectros dos raios de hélio, carbono e oxigênio.
"Para estudá-los, é necessário colocar um dispositivo magnético no espaço, porque no solo os raios cósmicos carregados são absorvidos pelos 100 quilômetros de atmosfera", disse Ting à Live Science.
Os resultados deste artigo são o culminar de mais de duas décadas de trabalho, que remontam a uma reunião em maio de 1994, quando Ting e vários outros físicos foram visitar Daniel Goldin, então administrador da NASA. O objetivo: convencer Goldin a colocar um ímã na Estação Espacial Internacional (ISS), que começaria a ser construída quatro anos depois, em 1998. Sem um ímã, as partículas cósmicas passariam através de qualquer detector em linha reta, sem dar informações sobre suas propriedades, disse Ting.
Goldin "ouviu atentamente", disse Ting. "Ele disse que esta é uma boa idéia de experimento para a estação espacial. Mas ninguém jamais colocou um ímã no espaço, porque um ímã no espaço - porque interage com o campo magnético da Terra - produz um torque e a estação espacial perde o controle. É como uma bússola magnética. "
Para evitar distorcer a ISS do céu, Ting e seus colaboradores construíram o espectrômetro magnético alfa (AMS): um detector de partículas tão preciso quanto os do Fermilab e do CERN, mas miniaturizados e colocados dentro de um tubo magnético oco. Criticamente, as duas metades do tubo têm polaridades invertidas, de modo que elas torçam a estação espacial em direções opostas, cancelando uma à outra, disse Ting.
Em 2011, a AMS viajou para o espaço no ônibus espacial Endeavour, a penúltima missão da nave. E durante grande parte da última década, o AMS detectou silenciosamente 100 bilhões de raios cósmicos.
Por fim, Ting e sua equipe esperam usar esses dados para responder a perguntas muito específicas sobre o universo, disse ele. (Embora também possa responder a perguntas mais mundanas, como quais partículas podem lançar astronautas a caminho de Marte.)
"As pessoas dizem 'mídia interestelar'. O que é mídia interestelar? Qual é a propriedade? Ninguém realmente sabe", disse Ting. "Noventa por cento da matéria no universo você não pode ver. E, portanto, você a chama de matéria escura. E a pergunta é: o que é matéria escura? Agora, para fazer isso, você precisa medir com muita precisão pósitrons, antiprótons, anti -hélio, e todas essas coisas. "
Ting disse que, através de medições cuidadosas da matéria e da antimatéria que chegam aos raios cósmicos secundários, ele espera oferecer aos teóricos as ferramentas necessárias para descrever a matéria invisível no universo - e, através dessa descrição, descobrir por que o universo é feito de matéria. tudo, e não antimatéria. Muitos físicos, incluindo Ting, acreditam que a matéria escura pode ser a chave para resolver esse problema.
"No começo, deve haver uma quantidade igual de matéria e antimatéria. Então, as perguntas: por que o universo não é feito de antimatéria? O que aconteceu? Existem anti-hélio? Anti-carbono? Anti-oxigênio? Onde são eles?"
A Live Science alcançou vários teóricos que trabalhavam na matéria escura para discutir o trabalho de Ting e este artigo, e muitos alertaram que os resultados da AMS ainda não lançaram muita luz sobre o assunto - em grande parte porque o instrumento ainda precisa fazer medições firmes do espaçamento espacial. antimatéria (embora tenha havido alguns resultados iniciais promissores).
"Como os raios cósmicos se formam e se propagam é um problema fascinante e importante que pode nos ajudar a entender o meio interestelar e potencialmente até explosões de alta energia em outras galáxias", escreveu Katie Mack, astrofísica da Universidade Estadual da Carolina do Norte, em um email, acrescentando que o AMS é uma parte crítica desse projeto.
É possível que a AMS obtenha resultados antimatéria verificados mais significativos, disse Mack, ou que as detecções de matéria - como as descritas neste artigo - ajudem os pesquisadores a responder perguntas sobre matéria escura. Mas isso ainda não aconteceu. "Mas para a pesquisa de matéria escura", disse ela à Live Science, "o mais importante é o que o experimento pode nos dizer sobre antimatéria, porque é a matéria escura que se aniquila em pares matéria-antimatéria que é o sinal chave sendo procurado. "
Ting disse que o projeto está chegando lá.
"Medimos pósitrons. E o espectro se parece muito com o espectro teórico da matéria escura. Mas precisamos de mais estatísticas para confirmar, e a taxa é muito baixa. Portanto, precisamos apenas esperar alguns anos", disse Ting.
