Resumo
Plasmas astrofísicos podem ser caracterizados como colisionais ou não-colisionais, dependendo das escalas de interesse. No regime colisional, a alta taxa de colisões binárias mantém a velocidade térmica das partículas isotrópica. Neste regime, a teoria magneto-hidrodinâmica (MHD) descreve a dinâmica de grande escala do plasma. Diversas importantes predições de fenômenos astrofísicos se baseiam na teoria MHD colisional. Isto inclui, por exemplo, processos relacionados a formação estelar, formação e dinâmica de discos de acreção, turbulência do meio interestelar, amplificação por dínamo de campos magnéticos em estrelas e galáxias, etc. A descrição MHD colisional tem sido aplicada até mesmo a meios astrofísicos não-colisionais, como o meio intra-aglomerado de galáxias (MIA). Porém, o comportamento de plasmas não colisionais pode ser muito diferente. Por exemplo, no MIA a anisotropia na temperatura dá origem a instabilidades eletromagnéticas. Estas instabilidades, por sua vez, interagem com as partículas, diminuindo a anisotropia. Embora a microfísica deste processo não seja ainda completamente entendida, foi demonstrado que a taxa com que esta anisotropia é reduzida influencia drasticamente as estatísticas da turbulência e a amplificação por dínamo dos campos magnéticos. Todos estes efeitos não colisionais, propriedades de transporte, e também o aquecimento de partículas via amortecimento não-colisional, deveriam ser considerados na investigação de aceleração e propagação de partículas no MIA, e para uma descrição apropriada da dinâmica e estrutura do MIA turbulento. Este projeto tem como objetivo explorar: (i) modelos MHD que consideram efeitos de plasma não-colisional para investigação da estrutura e evolução do MIA, (ii) a interação das instabilidades de plasma com a anisotropia da temperatura, e (iii) a aceleração e propagação de raios cósmicos no MIA não-colisional. Em particular, os estudos sobre a propagação de raios cósmicos no MIA permitirão estabelecer novas limites e fazer predições para detectores de altas energias, em particular para o Cherenkov Telescope Array (CTA), que deve entrar em operação nos próximos anos. Este conjunto de aproximadamente 100 telescópios terá uma sensibilidade 10 vezes maior que os atuais observatórios de raios gama para detectar as emissões originadas em aceleradores de raios cósmicos astrofísicos, tais como núcleos ativos de galáxias, gamma-ray bursts e fusões de aglomerados de galáxias. (AU)
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