Análise computacional da relação multiescala entre fenômenos de alta energia e nuvens de tempestade

Resumo

As nuvens de tempestade possuem uma estrutura elétrica capaz de acelerar partículas carregadas a um regime relativístico. Esse ganho de energia dá origem a diversos fenômenos energéticos que unem a dinâmica das partículas às descargas elétricas. É nas tempestades que surge o chamado Terrestrial Gamma-ray Flash, uma explosão de raios gama de micro-segundos de duração e dezenas de MeV de energia. Sua origem é amplamente debatida na literatura e uma das possibilidades é a avalanche relativística de elétrons em estado de retroalimentação (chamado mecanismo de feedback). Este projeto almeja analisar as condições necessárias para o estabelecimento do mecanismo de feedback em atmosfera realista e comparar o fluxo de raios gama produzido por tal estado com medidas de detectores em solo. Para tanto será necessário avaliar, por meio de simulações computacionais, a probabilidade de que uma avalanche retroespalhe partículas para regiões iniciais dando início a avalanches subsequentes, a característica auto-sustentável do mecanismo. Ao largo da literatura, o mecanismo de feedback é analizado constantemente em uma aproximação de perfil de densidade homogêneo mas estudos recentes apontam influência significativa do perfil de densidade sobre o desenvolvimento das avalanches eletrônicas. Existe, portanto, a necessidade da investigação detalhada sobre o efeito do perfil de densidade na dinâmica das avalanches. O entendimento teórico será usado para avaliar as hipóteses do mecanismo de origem dos Terrestrial Gamma-ray Flashes detectados em solo em conjunto com observações multi-instrumentais já em curso pelo projeto FAPESP 2023/03908-5 e NSF Award #2112709.