Magnetic reconnection and particle acceleration in astrophysical sources and diffuse media

• Grant number: 09/50053-8
• Support Opportunities: Scholarships in Brazil - Post-Doctoral
• Start date: July 01, 2009
• End date: November 30, 2012
• Field of knowledge: Physical Sciences and Mathematics - Astronomy
• Principal Investigator: Elisabete Maria de Gouveia Dal Pino
• Grantee: Grzegorz Kowal
• Host Institution: Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brazil
• Associated research grant: 06/50654-3 - Investigation of high energy and plasma astrophysics phenomena: theory, observation, and numerical simulations, AP.TEM

Abstract

Reconexão das linhas de campo magnético é um fenômeno bastante comum em meios e fontes astrofísicas magnetizadas, como as regiões internas de sistemas com discos de acrecão jatos, a coroa solar e das estrelas em geral, especialmente nas regiões onde ocorrem os "flares" ou explosões solares, ou mesmo em meios difusos turbulentos, como o meio interestelar e o meio intergaláctico. A reconexão magnética turbulenta é rápida e a principal fonte de liberação de energia magnética sob forma violenta e eficiente capaz de aquecer e acelerar o plasma nas regiões coronais que circundam os campos magnéticos reconectados. O presente projeto objetiva a investigação numérica do fenômeno de reconexão magnética turbulenta e da aceleração de partículas relativísticas associada a este mecanismo. Para a realização das simulações numéricas do desenvolvimento da reconexão magnética turbulenta e da aceleração de partículas será utilizado um código MHD tridimensional que combina as equações do fluido magnetizado com um algoritmo tipo "particle-in-cell" capaz de rastrear a evolução e aceleração de uma população de partículas originalmente térmica ate velocidades relativísticas. A aplicação desse mecanismo a diversas classes de fontes e meios astrofísicos será também examinada. (AU)

Scientific publications

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LAZARIAN, A.; VLAHOS, L.; KOWAL, G.; YAN, H.; BERESNYAK, A.; DE GOUVEIA DAL PINO, E. M.. Turbulence, Magnetic Reconnection in Turbulent Fluids and Energetic Particle Acceleration. SPACE SCIENCE REVIEWS, v. 173, n. 1-4, p. 557-622, NOV 2012. (06/50654-3, 09/50053-8)

VISHNIAC, E. T.; PILLSWORTH, S.; EYINK, G.; KOWAL, G.; LAZARIAN, A.; MURRAY, S.. Reconnection current sheet structure in a turbulent medium. Nonlinear Processes in Geophysics, v. 19, n. 6, p. 605-610, 2012. (09/50053-8)

SANTOS-LIMA, R.; DE GOUVEIA DAL PINO, E. M.; KOWAL, G.; FALCETA-GONCALVES, D.; LAZARIAN, A.; NAKWACKI, M. S.. MAGNETIC FIELD AMPLIFICATION AND EVOLUTION IN TURBULENT COLLISIONLESS MAGNETOHYDRODYNAMICS: AN APPLICATION TO THE INTRACLUSTER MEDIUM. ASTROPHYSICAL JOURNAL, v. 781, n. 2, FEB 1 2014. (13/18815-0, 09/54006-4, 13/15115-8, 11/12909-8, 13/04073-2, 06/50654-3, 10/50298-8, 09/50053-8)

KOWAL, G.; LAZARIAN, A.; VISHNIAC, E. T.; OTMIANOWSKA-MAZUR, K.. Reconnection studies under different types of turbulence driving. Nonlinear Processes in Geophysics, v. 19, n. 2, p. 297-314, 2012. (09/50053-8)

KOWAL, GRZEGORZ; DE GOUVEIA DAL PINO, ELISABETE M.; LAZARIAN, A.. Particle Acceleration in Turbulence and Weakly Stochastic Reconnection. Physical Review Letters, v. 108, n. 24, p. 241102, 2012. (06/50654-3, 09/50053-8)

LAZARIAN, A.; KOWAL, G.; GOUVEIA DAL PINO, B.; POGORELOV, NV; FONT, JA; AUDIT, E; ZANK, GP. Astrophysical Reconnection and Particle Acceleration. STARS WITH THE B[E] PHENOMENON, PROCEEDINGS, v. 459, p. 3-pg., 2011-01-01. (06/50654-3, 09/50053-8)

KOWAL, GRZEGORZ; DAL PINO, E. M. DE GOUVEIA; LAZARIAN, A.. MAGNETOHYDRODYNAMIC SIMULATIONS OF RECONNECTION AND PARTICLE ACCELERATION: THREE-DIMENSIONAL EFFECTS. ASTROPHYSICAL JOURNAL, v. 735, n. 2, JUL 10 2011. (06/50654-3, 09/50053-8)

ROCHA DA SILVA, G.; FALCETA-GONCALVES, D.; KOWAL, G.; DE GOUVEIA DAL PINO, E. M.. Ambient magnetic field amplification in shock fronts of relativistic jets: an application to GRB afterglows. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, v. 446, n. 1, p. 104-119, JAN 2015. (13/18815-0, 09/54006-4, 11/12909-8, 13/04073-2, 06/50654-3, 11/51275-4, 09/50053-8)

NAKWACKI, M. S.; KOWAL, G.; SANTOS-LIMA, R.; DE GOUVEIA DAL PINO, E. M.; FALCETA-GONCALVES, D. A.. Features of collisionless turbulence in the intracluster medium from simulated Faraday Rotation maps. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, v. 455, n. 4, p. 3702-3723, FEB 1 2016. (13/10559-5, 13/18815-0, 13/15115-8, 13/04073-2, 10/50298-8, 09/50053-8)