Difusão, aceleração e propagação de raios cósmicos em ambientes astrofísicos turbulentos

• Processo: 17/12828-4
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de dezembro de 2017
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2019
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Astronomia
• Pesquisador responsável: Elisabete Maria de Gouveia Dal Pino
• Beneficiário: Rafael Alves Batista
• Instituição Sede: Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 13/10559-5 - Investigação de fenômenos de altas energias e plasmas astrofísicos: teoria, simulações numéricas, observações e desenvolvimento de instrumentação para o Cherenkov Telescope Array (CTA), AP.ESP
• Assunto(s): Raios cósmicos Astrofísica de altas energias Neutrinos Raios gama
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Campos magnéticos cósmicos | meios turbulentos | neutrinos | raios cosmicos | raios gama | astrofísica de altas energias

Resumo

Apesar dos meios interestelares da Via Láctea e de outras galáxias aparentemente conterem grandes quantidades de raios cósmicos (CRs) em equilíbrio com o gás turbulento em movimento e os campos magnéticos pervasivos, a relação entre estas componentes é pouco compreendida. Além disto, a evolução de galáxias, formação de estrelas e até mesmo a luz extragaláctica de fundo também são processos supostamente relacionados a raios cósmicos. A interação de CRs com gás e fótons ambientes gera fluxos de partículas secundárias, tais como fótons e neutrinos, via processos fotohadrônicos ou hadronucleares. CRs podem, portanto, ser importantes ferramentas para estudar ambientes astrofísicos extremos; juntamente com outros mensageiros tais como raios gama e neutrinos, pode-se obter uma melhor compreensão de como partículas são produzidas por aceleradores cósmicos, como elas se propagam através dos meios interestelar e intergaláctico, e as propriedades das regiões por elas atravessadas. Neste projeto novos estudos de propagação de CRs em meios turbulentos são propostos, enfatizando o papel de mensageiros secundários associados a CRs tais como raios gama e neutrinos.Um problema em aberto em cosmologia diz respeito à origem dos campos magnéticos no universo, uma questão fundamental que está relacionada a outros problemas ainda não resolvidos tais como a distribuição de matéria em grandes escalas, a existência de campos magnéticos intergalácticos (IGMFs) em vazios cosmológicos, e a assimetria matéria-antimatéria do universo. Campos magnéticos também afetam trajetórias de partículas comumente utilizadas como mensageiros cósmicos para grandes distâncias. Durante sua propagação, raios gama de altas energias podem induzir a formação de chuveiros eletromagnéticos, gerando pares elétron-pósitron cujos ângulos de abertura são sensíveis à intensidade dos campos magnéticos intervenientes. Apesar deste método ter sido amplamente utilizado para inferir a intensidade e comprimentos de coerência de IGMFs, instabilidades no plasma devido às interações entre a componente ionizada do meio intergaláctico e os pares podem afetar o desenvolvimento do chuveiro, tornado este método potencialmente inviável. Este projeto também visa compreender o papel dos efeitos de plasmas no desenvolvimento de chuveiros eletromagnéticos iniciados por raios gama de altas energias.

Publicações científicas

(16)

(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)

RODRIGUEZ-RAMIREZ, JUAN CARLOS; DE GOUVEIA DAL PINO, ELISABETE M.; BATISTA, RAFAEL ALVES. Very-high-energy Emission from Magnetic Reconnection in the Radiative-inefficient Accretion Flow of SgrA{*}. ASTROPHYSICAL JOURNAL, v. 879, n. 1, JUL 1 2019. (13/10559-5, 17/12188-5, 09/54006-4, 17/12828-4)

VAN VLIET, ARJEN; BATIST, RAFAEL ALVES; HORANDEL, JORG R.. Determining the fraction of cosmic-ray protons at ultrahigh energies with cosmogenic neutrinos. Physical Review D, v. 100, n. 2, JUL 17 2019. (17/12828-4)

HUSSAIN, SAQIB; BATISTA, RAFAEL ALVES; DE GOUVEIA DAL PINO, ELISABETE M.; DOLAG, KLAUS. High-energy neutrino production in clusters of galaxies. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, v. 507, n. 2, p. 1762-1774, OCT 2021. (17/12828-4, 13/10559-5, 09/54006-4)

BATISTA, RAFAEL ALVES; SAVELIEV, ANDREY; DE GOUVEIA DAL PINO, ELISABETE M.. The impact of plasma instabilities on the spectra of TeV blazars. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, v. 489, n. 3, p. 3836-3849, NOV 2019. (17/12828-4, 13/10559-5)

BATISTA, RAFAEL ALVES; BONCIOLI, DENISE; DI MATTEO, ARMANDO; VAN VLIET, ARJEN. Secondary neutrino and gamma-ray fluxes from SimProp and CRPropa. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, v. N/A, n. 5, p. 27-pg., 2019-05-01. (17/12828-4)

VAN VLIET, ARJEN; BATIST, RAFAEL ALVES; HORANDEL, JORG R.. Determining the fraction of cosmic-ray protons at ultrahigh energies with cosmogenic neutrinos. PHYSICAL REVIEW D, v. 100, n. 2, p. 5-pg., 2019-07-17. (17/12828-4)

BATISTA, RAFAEL ALVES; SAVELIEV, ANDREY. On the measurement of the helicity of intergalactic magnetic fields using ultra-high-energy cosmic rays. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, n. 3, MAR 2019. (17/12828-4)

BATISTA, RAFAEL ALVES; DE ALMEIDA, ROGERIO M.; LAGO, BRUNO; KOTERA, KUMIKO. Cosmogenic photon and neutrino fluxes in the Auger era. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, n. 1, JAN 2019. (17/12828-4)

BATISTA, RAFAEL ALVES; BONCIOLI, DENISE; DI MATTEO, ARMANDO; VAN VLIET, ARJEN. Secondary neutrino and gamma-ray fluxes from SimProp and CRPropa. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, n. 5, MAY 2019. (17/12828-4)

BATISTA, RAFAEL ALVES; BITEAU, JONATHAN; BUSTAMANTE, MAURICIO; DOLAG, KLAUS; ENGEL, RALPH; FANG, KE; KAMPERT, KARL-HEINZ; KOSTUNIN, DMITRIY; MOSTAFA, MIGUEL; MURASE, KOHTA; et al. Open Questions in Cosmic-Ray Research at Ultrahigh Energies. FRONTIERS IN ASTRONOMY AND SPACE SCIENCES, v. 6, JUN 4 2019. (17/12828-4)

ALVAREZ-MUNIZ, JAIME; BATISTA, RAFAEL ALVES; BALAGOPAL, V, ASWATHI; BOLMONT, JULIEN; BUSTAMANTE, MAURICIO; CARVALHO, JR., WASHINGTON; CHARRIER, DIDIER; COGNARD, ISMAEL; DECOENE, VALENTIN; DENTON, PETER B.; et al. The Giant Radio Array for Neutrino Detection (GRAND): Science and design. SCIENCE CHINA-PHYSICS MECHANICS & ASTRONOMY, v. 63, n. 1, JAN 2020. (15/15735-1, 17/12828-4)

SAVELIEV, ANDREY; BATISTA, RAFAEL ALVES. The intrinsic gamma-ray spectrum of TXS 0506+056: intergalactic propagation effects. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, v. 500, n. 2, p. 2188-2195, JAN 2021. (13/10559-5, 17/12828-4)

BATISTA, RAFAEL ALVES; DE ALMEIDA, ROGERIO M.; LAGO, BRUNO; KOTERA, KUMIKO. Cosmogenic photon and neutrino fluxes in the Auger era. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, v. N/A, n. 1, p. 31-pg., 2019-01-01. (17/12828-4)

RODRIGUEZ-RAMIREZ, JUAN CARLOS; DE GOUVEIA DAL PINO, ELISABETE M.; BATISTA, RAFAEL ALVES. Very-high-energy Emission from Magnetic Reconnection in the Radiative-inefficient Accretion Flow of SgrA*. ASTROPHYSICAL JOURNAL, v. 879, n. 1, p. 10-pg., 2019-07-01. (17/12188-5, 13/10559-5, 17/12828-4, 09/54006-4)

BATISTA, RAFAEL ALVES; SAVELIEV, ANDREY. Multimessenger Constraints on Intergalactic Magnetic Fields from the Flare of TXS 0506+056. Astrophysical Journal Letters, v. 902, n. 1, p. 5-pg., 2020-10-01. (13/10559-5, 17/12828-4)

BATISTA, RAFAEL ALVES; SAVELIEV, ANDREY. On the measurement of the helicity of intergalactic magnetic fields using ultra-high-energy cosmic rays. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, v. N/A, n. 3, p. 26-pg., 2019-03-01. (17/12828-4)