Em Busca da Origem dos Neutrinos Vindo do Plano Galáctico

• Processo: 23/12705-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de janeiro de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de dezembro de 2024
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física das Partículas Elementares e Campos
• Pesquisador responsável: Aion da Escóssia Melo Viana
• Beneficiário: Guilherme Santana de Almeida
• Instituição Sede: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 19/14893-3 - Fenômenos extremos no Centro Galáctico e busca indireta de matéria escura com raios gama, AP.JP
• Assunto(s): Análise de dados Raios gama Astrofísica de partículas
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Análise de Dados | Correlação Estatística | IceCube | Neutrinos Astrofísicos | Plano Galáctico | raios gama | Astrofísica de Partículas

Resumo

A Via Láctea emite uma ampla gama de radiação que abrange todo o espectro eletromagnético, desde ondas de rádio até raios gama. Através de observações em vários comprimentos de onda, obtemos informações valiosas sobre a estrutura da nossa galáxia e identificamos fontes dos fótons de maior energia. No caso dos raios gama com energias superiores a 1 giga-elétron-volt (GeV), o plano da Via Láctea torna-se a característica mais proeminente visível em nossos céus. A maior parte deste fluxo de raios gama observado consiste em fótons gerados pelo decaimento de píons neutros, eles próprios produzidos por raios cósmicos (partículas carregadas de altas energias) que colidem com o meio interestelar dentro da Via Láctea. Além dos píons neutros, essas interações de raios cósmicos produzem píons carregados e, quando esses píons carregados decaem, produzem neutrinos. E neutrinos, ainda mais do que os fótons gama, têm a característica única de raramente interagirem com outra matéria durante a sua viagem até à Terra. Consequentemente, eles oferecem uma visão direta das localizações e energias das interações dos raios cósmicos. Como tanto os raios gama quanto os neutrinos emergem do decaimento dos píons, deveria haver, em princípio, alguma correlação entre as fontes conhecidas de raios gama e as fontes de neutrinos. Em 2013, a colaboração de neutrinos IceCube detectou pela primeira vez um fluxo isotrópico de neutrinos vindo do espaço que se estende até energias muito altas. Porém estabelecer os objetos emissores e o mecanismo exato envolvido não é uma tarefa fácil e requer a coleta de uma grande quantidade de dados. Finalmente, após 10 anos de operação, a Colaboração divulgou dados de 7 anos para a configuração completa de 86 cordas e publicou um artigo relacionado com esses dados procurando por fontes pontuais. Em 2023, uma análise do mesmo conjunto de dados identificou uma emissão de neutrinos do plano galáctico, comparando modelos de emissão difusa com uma hipótese apenas de fundo. O sinal era consistente com a emissão difusa modelada do plano galáctico, mas também poderia surgir de uma população de fontes pontuais não resolvidas. Neste projeto propomos estudar uma análise de correlação de neutrinos provenientes do plano galáctico e suas possíveis conexões com emissores, como Remanescentes de Supernova (SNR), Nebulosas de Vento Pulsar (PWN), Binárias Aceleradoras de Partículas por Colisão de Vento, entre outros. O objetivo principal da atividade proposta é introduzir o aluno no contexto da pesquisa, por meio do estudo de fenômenos astrofísicos não-térmicos de altas energias e de cálculos numéricos em astrofísica.