Você sentiu isso? Provavelmente não, mas seu DNA sim. A cada segundo, raios cósmicos estão rasgando seu corpo, causando estragos

Novas imagens do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA mostram onde remanescentes de supernovas emitem radiação um bilhão de vezes mais energética que a luz visível. As imagens aproximam os astrônomos da compreensão da fonte de algumas das partículas mais energéticas do universo, os raios cósmicos. Esta composição mostra o remanescente de supernova Cassiopeia A em todo o espectro: raios gama (magenta) do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA; Raios-X (azul, verde) do Observatório de Raios-X Chandra da NASA; luz visível (amarela) do Telescópio Espacial Hubble; infravermelho (vermelho) do Telescópio Espacial Spitzer da NASA; e rádio (laranja) do Very Large Array perto de Socorro, NM. Crédito da imagem: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration, CXC/SAO/JPL-Caltech/Steward/O. Krause et al., e NRAO/AUI

Eles são invisíveis. Eles são abundantes. Eles são mortais. São raios cósmicos.

Cada centímetro cúbico do espaço está cheio desses raios cósmicos: Minúsculas partículas subatômicas que fluem constantemente através deles. Os raios cósmicos são compostos principalmente de prótons, mas ocasionalmente incluem núcleos atômicos mais pesados. Eles viajam quase à velocidade da luz, um raio cósmico detectado, conhecido atrevidamente como a "partícula OMG" por causa de sua energia extrema, atingiu nossa atmosfera em 1991 enquanto viajava a 99,99999999999999999999951% da velocidade da luz, de acordo com o McDonald Institute's Página de referência de hiperfísica.

É rápido.

Apesar do nome, os raios cósmicos não são raios. Mas em 1911, quando o cientista Viktor Hess enviou os primeiros detectores de raios cósmicos a uma altitude de 5.300 metros (17.388 pés) na atmosfera, ele não conseguiu dizer a diferença entre partículas e radiação eletromagnética, de acordo com NobelPrize.org. (Hess viria a ganhar um Prêmio Nobel por seu trabalho.) O que quer que fossem feitos, eram feixes de energia super alta do espaço. Mesmo que experimentos posteriores revelassem a natureza da partícula, o nome foi associado.

DE ONDE VÊM OS RAIOS CÓSMICOS?

Os raios cósmicos vêm de uma variedade de fontes, todas intensas. Quando estrelas gigantes morrem, elas se transformam em questão de segundos em uma fantástica explosão conhecida como supernova. Um único evento de supernova pode ofuscar a propriedade de estrelas de uma galáxia inteira e, portanto, elas fornecem energia suficiente para acelerar partículas até quase a velocidade da luz.

As fusões estelares também podem gerar as energias necessárias, juntamente com o nascimento de novas estrelas, eventos de ruptura das marés (quando uma estrela é engolida por um buraco negro) e os discos de acreção frenéticos em torno de buracos negros maciços. Todos eles liberam raios cósmicos em uma variedade de energias, que então inundam o cosmos.

Mas identificar de onde vêm os raios cósmicos é uma tarefa difícil, de acordo com a Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (CERN). Como são partículas carregadas, respondem a campos magnéticos. Nossa galáxia Via Láctea tem um campo magnético fraco (mas grande), que desvia os caminhos de quaisquer raios cósmicos que chegam do resto do universo. No momento em que esses raios cósmicos de fora da galáxia chegam aos nossos detectores na Terra, eles vêm de direções aleatórias, sem origem discernível.

Os astrônomos modernos têm uma variedade de ferramentas disponíveis para caçar essas partículas de alta energia. O método mais simples é através da detecção direta: Construa uma caixa e espere que um raio cósmico a atinja e registre o resultado. Esses detectores foram instalados na Estação Espacial Internacional, por exemplo. Mas eles são limitados em tamanho e apenas miram em uma pequena porção do universo observável, e assim os maiores observatórios de raios cósmicos usam métodos indiretos.

COM QUE FREQUÊNCIA OS RAIOS CÓSMICOS ATINGEM A TERRA?

Os raios cósmicos atingem constantemente a atmosfera da Terra, de acordo com a NASA. Quando o fazem, eles liberam sua energia reprimida na forma de uma chuva de partículas secundárias que então seguem para o solo. Essa chuva pode ser detectada, como no observatório Pierre Auger, na Argentina. Você pode até construir um detector de raios cósmicos em casa: Mergulhe uma almofada de feltro em álcool isopropílico e coloque-a sobre um pouco de gelo seco. O álcool formará um vapor supersaturado. Quando um raio cósmico passa, ele deixa um rastro visível no vapor. Você pode encontrar instruções neste site do CERN.

Com seu detector de raios cósmicos caseiro, você pode esperar ver cerca de um raio cósmico de baixa energia (cerca de 10¹⁰ elétron-volts) por metro quadrado por segundo. Os de energia mais alta, cerca de 10¹⁵ eV, atingem um metro quadrado a cada ano.

Os raios cósmicos possuem uma variedade de diferentes níveis de energia. Os raios cósmicos de energia mais alta, conhecidos como raios cósmicos de energia ultra-alta, ou UHERCs, são os mais raros, atingindo um quilômetro quadrado a cada ano. É por isso que observatórios como Perre Auger são tão grandes, eles criam uma superfície de coleta maior. “Precisamos de experimentos gigantes porque os raios cósmicos de energia mais alta são extremamente raros”, disse Noémie Globus, pesquisadora de pós-doutorado na Universidade da Califórnia, Santa Cruz e no Flatiron Institute em Nova York, e especialista em raios cósmicos.

Esses UHERCS não são apenas os mais raros dos raios cósmicos, eles também estão entre os mais misteriosos.

"Nós não entendemos as origens dos raios cósmicos de energia mais alta", disse Globus. "É simplesmente desconhecido. Sempre me surpreendi com as energias dessas partículas".

Os raios cósmicos são invisíveis, mas estão constantemente passando por tudo na Terra. Crédito da imagem: Getty

OS RAIOS CÓSMICOS SÃO PREJUDICIAIS?

Os raios cósmicos de todas as energias são, essencialmente, horríveis para os humanos e seus objetos. Eles podem atrapalhar a eletrônica e estragar as câmeras digitais. Como forma de radiação ionizante, eles podem ter uma variedade de consequências para a saúde, de acordo com a NASA. Eles podem gerar espécies reativas oxigenadas dentro das células, que em altos níveis podem estressar as células e levá-las ao suicídio celular, introduzir mutações no DNA e desencadear erros de replicação que levam ao câncer.

Na superfície da Terra, a espessa atmosfera protege a maioria das pessoas dos efeitos nocivos dos raios cósmicos. Mas os raios cósmicos representam um sério risco para os astronautas, especialmente porque as agências espaciais contemplam missões de longo prazo para a Lua e Marte. Um período de seis meses na ISS dará aos astronautas uma dose de radiação de raios cósmicos equivalente a cerca de 25 vidas na superfície. Uma missão de ida e volta a Marte, incluindo algum tempo em sua superfície desprotegida, triplicará essa exposição.

As agências espaciais estão atualmente trabalhando arduamente para determinar os efeitos adversos à saúde de longo prazo dos danos acumulados dos raios cósmicos e tentando desenvolver sistemas para mitigar o risco, como projetar cápsulas onde a carga atua como um escudo de raios cósmicos com os astronautas humanos protegidos no centro.

Embora os raios cósmicos sejam geralmente um incômodo, a evolução da vida pode ter sido impossível sem eles. Esse é o foco da pesquisa de Globus, que estuda o papel que os raios cósmicos desempenham na vida. "Os raios cósmicos causam mutações e, portanto, os raios cósmicos estão ligados à capacidade de evoluir", disse ela.

A ligação entre os raios cósmicos e a evolução tem sido negligenciada há muito tempo, mas está rapidamente ganhando interesse de uma variedade de campos. Por exemplo, "não entendemos a transição da não-vida para a vida", especialmente o fato de que 19 dos 20 aminoácidos naturais produzidos por organismos vivos exibem homoquiralidade, o que significa que eles são organizados estruturalmente para que não possam ser sobrepostos em sua imagem espelhada, disse Globus. "Os raios cósmicos podem desempenhar um papel nessa etapa".

Nota do Editor: Este artigo foi alterado em: 31 de maio de 2022, para atualizar as afiliações de pesquisa de Noémie Globus. Além do Flatiron Institute, ela é pós-doutoranda na Universidade da Califórnia, Santa Cruz.

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RECURSOS ADICIONAIS

• Leia "Como morrer no espaço: Uma jornada através de fenômenos astrofísicos perigosos" (Pegasus Books, 2020) de Paul M. Sutter (o autor deste artigo!). 
• Assista a este pequeno vídeo sobre raios cósmicos, produzido pela Escola de Física e Astronomia da Universidade Monash. 
• Ouça este episódio do Radiolab que explora os efeitos que os raios cósmicos podem ter nos habitantes da Terra.

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Referência:

SUTTER, Paul. What are cosmic rays? Live Science, Nova York, 27, out. 2021. References. Disponível em: <https://www.livescience.com/cosmic-rays>. Acesso em: 31, mai. 2022.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.