Mistérios do Universo. Como a UMinho ajuda a “caçar” raios cósmicos no maior observatório do mundo

Em Malargüe, na província de Mendoza, na Argentina, literalmente no “meio do nada” e no “fim do mundo”, ergue-se um laboratório a céu aberto com um horizonte que parece não ter fim. A vasta planície da Pampa Amarilla acolhe o Observatório Pierre Auger, uma colossal instalação com 3.000 quilómetros quadrados, ocupando uma área superior à do Luxemburgo. É neste cenário inóspito que Raul Sarmento, investigador do Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas (LIP) no polo da Universidade do Minho, trabalha para “caçar” raios cósmicos de energia extrema, ajudando a desvendar a origem das partículas mais energéticas do Universo

O Enigma dos Raios Cósmicos de Energia Extrema

Quando olhamos para um céu estrelado, os nossos olhos captam facilmente a luz visível dos astros. Contudo, o Universo está também repleto de elementos invisíveis e fascinantes que viajam até nós: os chamados raios cósmicos de energia extrema.

Tratam-se de partículas, maioritariamente núcleos atómicos, que são expelidas por “aceleradores naturais” astrofísicos ainda desconhecidos. Estas partículas viajam a velocidades absolutamente estonteantes, muito próximas à velocidade da luz, e com eficiências energéticas que são centenas de milhões de vezes maiores do que as geradas nos maiores aceleradores criados pelo Homem, como os do CERN.

O desafio da comunidade científica é descobrir o que as origina. “De alguma forma, há algum fenómeno astrofísico que está a transmitir tanta energia. Não sabemos qual é o fenómeno físico que está a ocorrer”, aponta o cientista Raul Sarmento, em entrevista ao UMinho I&D.

Para detetar a chegada destas partículas à Terra, não basta olhar por um telescópio tradicional. Como se tratam de eventos extremamente raros e expansivos, a comunidade científica precisou de construir uma estrutura gigante, longe da interferência humana.

Foi assim que nasceu a escolha pela Pampa Amarilla. Uma planície deserta, a 1.200 metros de altitude, com ar limpo e infraestruturas básicas próximas, reuniu as condições perfeitas para captar os “chuveiros” de partículas.

“São muito raros e muito grandes. Se tivéssemos um observatório que cobrisse uma área de um quilómetro quadrado, para as energias mais altas, tínhamos de esperar uns 100 anos para detetar um único chuveiro.”

O LIP e a Universidade do Minho integram esta colaboração internacional, que junta mais de 400 cientistas de 18 países. Mas o seu contributo não se faz apenas através de simulações e análise de dados à distância. O investigador frisa que a intervenção técnica in loco é absolutamente essencial para a robustez da investigação.

A equipa portuguesa desloca-se com regularidade à Argentina para missões técnicas. O objetivo passa por calibrar detetores de superfície, intervir nos sistemas de aquisição de dados e garantir a manutenção de equipamentos nos quais os investigadores nacionais são altamente especializados.

“É importante que, para além do staff permanente do observatório, também nós tenhamos alguma presença e consigamos estar lá para trabalhar com o staff, para reativar e resolver questões que surjam relativas a este sistema de detetores.”

Do Cosmos para a Sociedade: O Impacto dos Dados

A investigação em física fundamental parece, por vezes, distante do nosso dia a dia, mas o impacto no quotidiano é real. Enquanto coordenador do LIPTec, Raul Sarmento supervisiona a transferência destas soluções tecnológicas de fronteira para a economia e para a sociedade.

O processamento das mega-quantidades de dados geradas no observatório tem originado ferramentas de Data Science altamente precisas. Um exemplo recente de sucesso foi a construção de um visualizador online com dados LiDAR de alta resolução do território de Portugal. Esta ferramenta, desenvolvida numa colaboração com a Direção-Geral do Território, permite, por exemplo, o cálculo automático de áreas afetadas em caso de cheias. Além disso, o LIP destaca-se na comunicação de ciência, tendo construído uma câmara de faíscas instalada no Centro de Visitantes na Argentina, onde mais de 178 mil pessoas já puderam ver o “rasto invisível” destas partículas.

“A grande resposta que procuramos nos próximos dez anos é saber onde, para depois, quem sabe, nos dez anos seguintes, percebermos o como. Como é que isso está a acontecer?!”

Após uma importante atualização, a operação do Observatório Pierre Auger foi prolongada até 2035. Tendo a comunidade científica já comprovado que a origem destas partículas está fora da nossa Via Láctea, o objetivo primordial passa agora por isolar a sua proveniência exata no Cosmos profundo.

Aos estudantes que sentem o apelo desta área, o investigador deixa um aviso apaixonado e realista sobre a natureza da investigação fundamental: “O tempo da ciência normalmente não é o tempo das soluções rápidas. E, normalmente, o que acontece é que quando surge uma resposta, surgem logo 10 perguntas”. É exatamente nessa multiplicação de dúvidas que reside, para Raul Sarmento, a força matriz de quem escolhe dedicar a vida a escrutinar os confins do nosso Universo.

Sobre o Investigador

Raul Sarmento é investigador do Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas no polo da Universidade do Minho desde 2013. Licenciado em Física pela Universidade do Porto e doutorado com foco em medidas para uma experiência do CERN pela Universidade de Lisboa, integra a Colaboração Internacional Pierre Auger. Dedica-se à calibração de detetores de superfície e à transferência de conhecimento enquanto coordenador do LIPTec. Com um percurso fortemente vocacionado para a comunicação de ciência, coordena ainda as Auger International Masterclasses, inspirando milhares de estudantes do ensino secundário em todo o mundo a desmistificar a complexidade da física de partículas

A entrevista na íntegra de Raul Sarmento ao UMinho I&D está disponível em podcast.