Estudos de processos físicos e radiativos em torno de buracos negros com simulações magnetohidrodinâmicas e inteligência artificial: preparação para o Cherenkov Telescope Array e o ASTRI Mini-Array

• Processo: 24/05459-6
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de março de 2028
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Astronomia - Astrofísica Extragaláctica
• Pesquisador responsável: Elisabete Maria de Gouveia Dal Pino
• Beneficiário: Luana Passos Reis
• Instituição Sede: Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 21/02120-0 - Investigação de fenômenos de astrofísica de plasmas e altas energias, instalação do ASTRI-Mini Array & construção dos telescópios de tamanho pequeno do Cherenkov Telescope Array (CTA-SSTs), AP.ESP
• Assunto(s): Buracos negros
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: accretion flows | Black Holes | CTA and ASTRI MINI-ARRAY | Magnetohydrodynamical simulations | nonthermal very high energy emission | Relativistic jets | Astrofísica de Plasmas e Altas Energias

Resumo

Este projeto de doutorado tem como objetivo investigar os processos magnetohidrodinâmicos nos ambientes extremamente energéticos nos discos de acreção e jatos de buracos negros supermassivos (BH), e sua conexão com a origem e emissão de raios cósmicos de altas energias (com energias superiores a 1015 eV). Essas partículas aceleradas sofrem perdas radiativas ao interagir com campos magnéticos e de fótons. A radiação não-térmica, contém importantes assinaturas dos fenômenos de plasma nas proximidades de BHs, especialmente em raios gama e neutrinos. Recentemente, combinando teoria, simulações numéricas e observações, começamos a entender os potenciais processos físicos que podem explicar grandes enigmas existentes, que ocorrem nesses ambientes, como a origem dos raios cósmicos ultra-energéticos (UHECRs) e dos flares de raios-gama com energias bem altas (no inglês - VHE). Nas regiões próximas do núcleo, esses sistemas são dominados por campos magnéticos e espera-se que uma aceleração de partículas do tipo Fermi induzida por reconexão magnética seja predominante. Este projeto de doutorado visa estender os desenvolvimentos recentes do nosso grupo neste campo de pesquisa. Os objetivos específicos incluem (i) realizar simulações magnetohidrodinâmicas relativísticas (RMHD) de jatos e fluxos de acreção em torno de BHs; (ii) usar essas simulações como o plasma de fundo para a produção de raios gama e neutrinos de altas energias pelos raios cósmicos (CRs), particularmente em AGNs blazares, que são os emissores mais frequentes de raios gama, usando abordagem de Monte Carlo para a propagação dos CR e inteligência artificial (AI) com algoritmos metaheurísticos baseados em evoluções populacionais, para modelar a densidade de energia espectral (SED) leptônico-hadrônica dessas fontes a qual depende de amplo espaço paramétrico; e (iii) realizar análises estatísticas dos dados do 4° Catálogo de AGNs detectados pelo Fermi Large Area Telescope (Catálogo 4LAC), para avaliar padrões de variabilidade e extrapolá-los para os raios gama de VHE, a fim de produzir SEDs sintéticos e curvas de luz de AGNs selecionados, e realizar previsões para os novos observatórios em construção, o Cherenkov Telescope Array (CTA) e ASTRI Mini-Array. Os avanços tecnológicos em sensibilidade e resolução dos instrumentos Cherenkov com essas duas novas instalações fornecerão medições de raios gama sem precedentes de grandes amostras de objetos compactos, permitindo uma melhor compreensão da física e da radiação emitida por essas fontes.