Astrofísica de altas energias de galáxias e AGNs no contexto cosmológico: conectando simulações numéricas e observações com o CTA e o ASTRI Mini-Array

• Processo: 16/01355-5
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores
• Data de Início da vigência: 01 de dezembro de 2016
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2021
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Astronomia - Astrofísica Extragaláctica
• Pesquisador responsável: Paramita Barai
• Beneficiário: Paramita Barai
• Instituição Sede: Pró-Reitoria de Pós-Graduação e Pesquisa. Universidade Cruzeiro do Sul (UNICSUL). São Paulo , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Anderson Caproni ; Elisabete Maria de Gouveia Dal Pino ; Gustavo Amaral Lanfranchi
• Bolsa(s) vinculada(s): 17/05542-7 - Campos magnéticos intergalácticos difusos e restrições para as observações pelo CTA e ASTRI Mini-Array, BP.IC; 16/22183-8 - Astrofísica de altas energias de galáxias e AGNs no contexto cosmológico: conectando simulações numéricas e observações com o CTA e o ASTRI Mini-Array, BP.JP
• Assunto(s): Cosmologia (astronomia) Observações astronômicas Telescópios Raios gama Formação de estrelas Supernovas ASTRI Mini-Array Observatório Cherenkov Telescope Array
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: active galactic nuclei accretion and feedback | Cherenkov Telescope Array & ASTRI Mini-Array | Cosmology | galactic outflows driven by supernovae and active galactic nuclei | gamma-ray observations | star-formation and supernovae feedback | Cosmology, High-Energy Astrophysics
• Publicação FAPESP: https://media.fapesp.br/bv/uploads/pdfs/astronomia_n3G32Ha_25_26.pdf

Resumo

O feedback da formação estelar, de explosões de supernovas, e da acreção de núcleos galácticos ativos (AGNs), propicia alguns dos eventos mais energéticos no Universo. Estes são os responsáveis pela geração de poderosos ventos galácticos e pela evolução das galáxias em escalas cosmológicas. Este projeto tem como objetivo explorar fenômenos astrofísicos de alta energia em galáxias e AGNs no contexto cosmológico, nos últimos 12 Gyr, os quais apresentam questões não resolvidas na Astronomia. Preve-se uma estreita colaboração com pesquisadores especialistas na Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas, da Universidade de São Paulo (IAG-USP), i.e., o grupo da Profa. Elisabete de Gouveia Dal Pino e seus colaboradores. Um objetivo maior é fazer previsões para a próxima geração de instrumentação em raios gama - o Cherenkov Telescope Array (CTA), e seu precursor - o ASTRI MINI-ARRAY. Os objetivos científicos buscarão caracterizar eventos energéticos dentor dos 4 tópicos seguintes mais amplos, bem como observá-los em épocas primordiais usando particularmente radiação gama: (1) O feedback da formação estelar e de explosões de supernovas em galáxias acarretando a injeção de ventos galácticos. (2) a acreção de gás por buracos negros supermassivos de AGNs; a modelagem da expansão de jatos e lobos de rádio-galáxias e a evolução energética; geração de ventos galácticos induzida pelo feedback do AGN; a emissão difusa de altas energias em raios gama proveniente das diferentes populações de AGNs a fim de determinar limites superiores sobre a radiação extragaláctica de fundo (EBL). (3) As assinaturas de matéria escura por meio da auto-aniquilação e da detecção de raios gama. (4) Apoiar na preparação para o CTA e ASTRI MINI-ARRAY para observação de fenômenos de alta energia por meio da execução de simulações de Monte-Carlo. O projeto irá utilizar uma abordagem que pretende ir além do estado-da-arte, conectando diretamente modelos teóricos atuais, simulações numéricas e observações. Propomos utilizar pelo menos dois códigos numéricos: (i) 3D SPH GADGET-3, que combina hidrodinâmica com a cosmologia, e contém novos modelos de feedback bariônico (Barai et al 2015); e (ii) o código Godunov MHD AMON, desenvolvido no grupo da Profa. Elisabete de Gouveia Dal Pino e colaboradores (Kowal et al. 2007). Utilizando recursos de supercomputação do IAG-USP bem como externos, vamos realizar uma série de simulações hidro e MHD e também simulações de Monte-Carlo. Os resultados destas serão utilizados para se produzir observáveis sintéticos, os quais serão comparados com as observações de eventos energéticos (especialmente em raios gama), para uma dedução das interpretações físicas. A investigação proposta de fenômenos astrofísicos de alta energia, tendo em conta os ambientes cosmológicos em grande escala, está na vanguarda da investigação de ponta em Astronomia. O projeto poderá contribuir para a competitividade brasileira em pesquisa de computação na escala peta, fornecendo previsões teóricas para o CTA - um dos consórcios científicos mais importantes atualmente. Eventos em raios gama com energias acima de 100 TeV irão ser observados pela primeira vez com o precursor ASTRI MINI-ARRAY e em seguida pelo CTA inteiro, os quais ainda não foram testados numericamente amplamente, por isso é fundamental e oportuno explora-los agora. Pretendo divulgar nossos resultados científicos por meio da publicação de artigos acadêmicos (1 a 2 artigos por ano) em revistas de renome na Astrofísica com referee, apresentar os resultados para a comunidade astronômica em conferências / seminários internacionais, e ao público em geral em atividades de extensão locais, em São Paulo. Esta bolsa ira me ajudar a reforçar a minha maturidade profissional, e estabelecer novos direcionamentos em minha pesquisa, particularmente contribuindo para consolidar a Astrofísica de Altas Energias no IAG-USP e no Brasil. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

CHAKRABORTY, SRIJA; GALLERANI, SIMONA; ZANA, TOMMASO; SESANA, ALBERTO; VALENTINI, MILENA; IZQUIERDO-VILLALBA, DAVID; DI MASCIA, FABIO; VITO, FABIO; BARAI, PARAMITA. Probing z ≳ six massive black holes with gravitational waves. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, v. 523, n. 1, p. 16-pg., 2023-05-23. (16/01355-5, 16/22183-8)

BARAI, PARAMITA; DE GOUVEIA DAL PINO, ELISABETE M.. Intermediate-mass black hole growth and feedback in dwarf galaxies at high redshifts. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, v. 487, n. 4, p. 5549-5563, AUG 2019. (13/10559-5, 16/22183-8, 16/01355-5)