Física de Raios-Cósmicos
A física de raios-cósmicos ocupa-se da questão fundamental da origem deste fluxo isotrópico de partículas carregadas de altas energias que chegam à Terra, sua aceleração nas fontes astrofísicas, e sua propagação na Galáxia. Esta é uma área de pesquisa na interface entre a física de partículas e a astrofísica, sendo relevante para o estudo de tópicos de fronteira da física fundamental, tais como entender a natureza da matéria escura.
Os raios-cósmicos são os principais mensageiros do universo não-térmico. O fluxo de raios-cósmicos que chega à Terra é principalmente formado por prótons ou núcleos atômicos mais pesados, mas também tem uma parcela significativa de elétrons e anti-matéria (tanto pósitrons quanto anti-prótons). Os sítios e fontes astrofísica aceleradoras dos raios-cósmicos são melhor estudadas com o uso de observações astronômicas em raios-gama de altíssima energia já que a radiação eletromagnética (fótons), diferentemente do que ocorre com as partículas carregadas dos raios-cósmicos, não é defletida pelo campo magnético da Galáxia ou inter-galáctico. Os neutrinos astrofísicos são um outro mensageiro importante na identificação das regiões de origem dos raios-cósmicos, porém são consideravelmente mais difíceis de se detectar que os raios-gama.
A aceleração de raios-cósmicos é um fenômeno universal e extremamente energético, produzindo partículas com energias tão grandes que podem superar em quase 1 bilhão de vezes aquelas alcançadas no LHC do CERN, o maior acelerador de partículas do mundo, em Genebra, na Suíça. Tanto a radiação gama quanto os neutrinos são produzidos por estas partículas ultra-energéticas nas suas fontes de origem, como consequência de seu processo de aceleração e interação com a matéria e os campos magnéticos ali presentes. Estes fenômenos estão portanto intimamente ligados, e seu estudo conjunto constitui o que chamamos hoje de Astrofísica com Multi-Mensageiros, uma das mais ativas e importantes áreas da astrofísica moderna. A energia que acelera os raios-cósmicos provém, me geral, de events astrofísicos extremos, tais como o colapso de estrelas, a energia rotacional de estrelas de nêutrons (os chamados pulsares), bem como da acresção de matéria por buracos negros. O estudo dos raios-cósmicos é fundamental portanto na investigação da energética destes processos.