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O mistério dos raios cósmicos: como eles viajam pelo espaço?
No vasto universo, inúmeras partículas misteriosas passam silenciosamente pelo espaço e alcançam a Terra. Essas partículas são chamadas de raios cósmicos. Os raios cósmicos são partículas ou aglomerados de partículas de alta energia, compostos principalmente de prótons ou núcleos atômicos, que se movem quase à velocidade da luz. Suas fontes são encontradas em todo o Sol, fora da nossa galáxia e em galáxias além. Entre elas, quando os raios cósmicos atingem a atmosfera terrestre, produzem uma série de partículas secundárias. Algumas dessas partículas podem atingir a superfície, embora a maioria seja desviada pelo campo magnético da Terra ou pela heliosfera antes de entrar no solo.
A descoberta dos raios cósmicos começou em 1912. Essa conquista foi alcançada através de um experimento com balão realizado por Victor Hess, pelo qual ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1936.
A composição e propriedades dos raios cósmicos
Cerca de 99% dos raios cósmicos primários são núcleos nus, o que significa que não possuem uma camada de elétrons. A composição desses raios cósmicos primários é composta principalmente de prótons (cerca de 90%), partículas alfa de núcleos de hélio (cerca de 9%) e núcleos de outros elementos mais pesados (cerca de 1%). Depois de colidir com a atmosfera, os raios cósmicos podem produzir rapidamente grandes quantidades de partículas secundárias, como glúons, múons e neutrinos. Especialmente em altitudes mais baixas, o conteúdo de nêutrons dos raios cósmicos pode atingir 40% a 80%. É importante notar que os múons podem penetrar na atmosfera diretamente até o solo, o que torna seu efeito de ionização na atmosfera terrestre uma pista importante para os cientistas rastrearem os raios cósmicos.
A energia dos raios cósmicos
A faixa de energia dos raios cósmicos é extremamente ampla, e a energia dos raios cósmicos de ultra-alta energia mais extremos pode atingir 3 × 10 ^ 20 eV, que é 210.000 vezes maior que a energia das partículas aceleradas pelo Grande Colisor de Hádrons. Esses raios cósmicos de alta energia vêm principalmente de núcleos galácticos ativos e explosões de supernovas, mas a distribuição de energia da maioria dos raios cósmicos é de cerca de 300 MeV. O mecanismo de formação dessas energias ainda é um tema quente na pesquisa física atual.
História dos raios cósmicos
A história dos raios cósmicos remonta ao início do século 20, quando Henry Beckere descobriu substâncias radioativas. Com a medição das taxas de ionização em diferentes altitudes, os cientistas descobriram gradualmente que a taxa de ionização na atmosfera aumentava com a altitude, o que promoveu a descoberta de Hess. Em 1912, ele usou um balão para transportar um medidor de ionização aprimorado para experimentos e descobriu que a intensidade da radiação em grandes altitudes era significativamente maior do que no solo. Esta descoberta mudou completamente a compreensão das pessoas sobre os raios cósmicos e lançou as bases para pesquisas subsequentes.
Fontes de raios cósmicos
A causa dos raios cósmicos ainda é um dos focos de pesquisa dos cientistas. As primeiras hipóteses incluíam supernovas, núcleos galácticos ativos, quasares e explosões de raios gama como possíveis fontes. A compreensão destas fontes pelos cientistas melhorou significativamente nos últimos anos. Em 2013, pesquisas mostraram que as supernovas são uma importante fonte de raios cósmicos, com cada explosão produzindo raios cósmicos equivalentes a 3 × 10^42 a 3 × 10^43 Joules. No entanto, a verdadeira proporção da fonte ainda precisa ser explorada e experimentada.
Tipos de raios cósmicos
Com base na sua origem, os raios cósmicos podem ser divididos em duas categorias principais: raios cósmicos galácticos e raios cósmicos supergalácticos. A maioria dos raios cósmicos existe como raios cósmicos primitivos, partículas que se originam principalmente de vários processos astrofísicos. Após interagir com a atmosfera terrestre, são produzidas partículas secundárias como fótons, hádrons e léptons. Essas partículas secundárias servem como ramos dos raios cósmicos, enriquecendo ainda mais a estrutura dos raios cósmicos.
Como é que a investigação cosmológica avança a nossa compreensão destas partículas misteriosas?
