PRIMEIRA MEDIÇÃO ESPACIAL DA VIDA ÚTIL DOS NÊUTRONS

Impressão artística da sonda NASA Mercury Surface, Space Environment, GEochemistry e Ranging MESSENGER em órbita de Mercúrio.
CRÉDITO
Laboratório de Física Aplicada da NASA / Universidade Johns Hopkins / Instituição Carnegie de Washington

Pela primeira vez, cientistas descobriram uma maneira de medir a vida útil dos nêutrons do espaço, uma descoberta que poderia nos ensinar mais sobre o Universo primitivo.

Conhecer a vida útil dos nêutrons é fundamental para entender a formação de elementos após o Big Bang que formou o universo a cerca de 13,8 bilhões de anos atrás.

Cientistas da Universidade de Durham, no Reino Unido, e do Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins, EUA, usaram dados da nave espacial Mercury Surface, Space Environment, GEochemistry e Ranging (MESSENGER) da NASA para fazer esta descoberta.

Mercury Messenger engineer on craft's special design - BBC News — Impressão artística

À medida que a MESSENGER voava sobre Vênus e Mercúrio, ela media as taxas nas quais as partículas de nêutrons vazavam dos dois planetas.

O número de nêutrons detectados dependia do tempo que eles levaram para voar até a espaçonave em relação à vida útil dos nêutrons, dando aos cientistas uma maneira de calcular quanto tempo as partículas subatômicas poderiam sobreviver.

As descobertas, poderiam fornecer um caminho para acabar com um impasse de décadas que fez os pesquisadores discordarem sobre quanto tempo os nêutrons são capazes de sobreviver.

Dr. Vincent Eke, do Instituto de Cosmologia Computacional da Universidade de Durham, disse: “A vida útil dos nêutrons livres fornece um teste-chave do Modelo Padrão da física de partículas e também afeta as abundâncias relativas de hidrogênio e hélio formados no início, apenas alguns minutos após o Big Bang, por isso tem implicações abrangentes.

“Os métodos espaciais oferecem a possibilidade de romper o impasse entre as duas técnicas concorrentes de medição terrestre”.

Nêutrons são normalmente encontrados no núcleo de um átomo, mas rapidamente se desintegram em elétrons e prótons quando estão fora do átomo.

Os cientistas já usaram dois métodos baseados em laboratório – o chamado “método da garrafa” e a técnica do “feixe” – para tentar determinar a vida útil dos nêutrons.

O método da garrafa, que prende os nêutrons em uma garrafa e mede quanto tempo leva para a radioatividade decair, sugere que eles podem sobreviver em média por 14 minutos e 39 segundos.

O uso da técnica alternativa de feixe, que dispara um feixe de nêutrons e conta o número de prótons criados pelo decaimento radioativo, fornece cerca de 14 minutos e 48 segundos, nove segundos a mais que o método da garrafa.

Embora isso possa parecer uma pequena diferença, os cientistas dizem que a diferença pode ser enorme.
Como o Modelo Padrão da física de partículas exige que a vida útil dos nêutrons seja de aproximadamente 14 minutos e 39 segundos, qualquer desvio disso provocaria uma mudança fundamental em nossa compreensão desse modelo.

MESSENGER carregava um espectrômetro de nêutrons para detectar nêutrons soltos no espaço por raios cósmicos colidindo com átomos na superfície de Mercúrio como parte de uma pesquisa para determinar a existência de água no planeta.

MESSENGER Flyby of Venus a Dress Rehearsal for Mercury | Space — Impressão artística

A caminho, a sonda voou pela primeira vez por Vênus, onde coletou medições de nêutrons pela primeira vez.

O Dr. Jacob Kegerreis, do Instituto de Cosmologia Computacional da Universidade de Durham, disse: “Embora o MESSENGER tenha sido projetado para outros fins, ainda conseguimos usar os dados para estimar a vida útil dos nêutrons. A sonda fez observações sobre uma grande variedade de altura acima das superfícies de Vênus e Mercúrio, o que nos permitiu medir como o fluxo de nêutrons muda com a distância dos planetas “.

Usando modelos, a equipe estimou que o número de nêutrons que MESSENGER deveria contar em sua altitude acima de Vênus, pois a vida útil dos nêutrons seria entre 10 e 17 minutos. Para vidas mais curtas, menos nêutrons sobrevivem por tempo suficiente para alcançar o detector de nêutrons da MESSENGER.

Eles descobriram que a vida útil dos nêutrons é de 13 minutos, com uma incerteza de cerca de 130 segundos em relação a estatísticas e outras incertezas, como se o número de nêutrons muda durante o dia e a incerteza sobre a composição química da superfície de Mercúrio.

In Depth | MESSENGER – NASA Solar System Exploration — Impressão artística

A vida útil estimada dos nêutrons cai bem perto do intervalo das estimativas dos métodos “garrafa” e “feixe”.

O principal autor, Jack Wilson, do Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins, disse: “É como um experimento de grandes garrafas, mas, em vez de usar paredes e campos magnéticos, usamos a gravidade de Vênus para limitar os nêutrons por períodos comparáveis à sua vida”.

Como os erros sistemáticos nas medições espaciais não têm relação com os métodos de garrafa e feixe, os pesquisadores disseram que seu novo método poderia fornecer uma maneira de quebrar o impasse entre as medições concorrentes existentes.

Os pesquisadores acrescentaram que medições mais precisas exigiriam uma missão espacial dedicada, possivelmente a Vênus, pois sua atmosfera espessa e sua grande massa prendem nêutrons ao redor do planeta.

Eles esperam projetar e construir um instrumento que possa fazer uma medição de alta precisão da vida útil dos nêutrons usando sua nova técnica.

Fonte: https://www.eurekalert.org/multimedia/pub/234554.php