Estudo do Centro Galáctico e busca de sinais de matéria escura com raios gama

• Processo: 24/21678-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Data de Início da vigência: 01 de dezembro de 2024
• Data de Término da vigência: 30 de abril de 2026
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física das Partículas Elementares e Campos
• Pesquisador responsável: Luiz Vitor de Souza Filho
• Beneficiário: Igor Reis
• 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): Astrofísica de altas energias Astrofísica de partículas Astronomia de raios gama Centro galáctico Matéria escura
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Astrofísica de Altas Energias | astrofísica de partículas | Astronomia de raios gama | Centro Galáctico | Detecção indireta de matéria escura | matéria escura | Astrofísica de Partículas

Resumo

O estudo das observações astrofísicas de raios gama é essencial para a compreensão dos fenômenos não-térmicos no Universo em suas formas mais extremas e violentas. Seu estudo permite que os cientistas respondam a perguntas persistentes em uma ampla gama de tópicos, incluindo sistemas de buracos negros supermassivos, pulsares, a origem dos raios cósmicos e pesquisas por sinais de nova Física. Entre todos os ambientes de altas energias de nossa Galáxia, a região do Centro Galáctico (CG) é definitivamente a mais rica. Ele abriga uma grande quantidade de emissores de altas energias, incluindo o buraco negro supermassivo mais próximo, um Pevatron cósmico, nuvens moleculares densas, forte atividade de formação de estrelas, múltiplos remanescentes de supernovas e nebulosas de vento pulsar, estruturas de rádio em forma de arco, bem como a base de grandes escapes de partículas que formam estruturas de grande extensão como as bolhas de Fermi. Essa região destaca-se como uma das mais estudadas do céu em quase todos os comprimentos de onda, com algumas das exposições mais profundas com observatórios de alta energia (HESS, Fermi-LAT, Chandra, XMM, INTEGRAL), e que forneceram uma quantidade enorme de resultados científicos. Além disso, espera-se que esta região seja a fonte mais brilhante de aniquilação de matéria escura (ME) no céu de raios gama por várias ordens de magnitude. Mesmo considerando a contaminação de fontes astrofísicas conhecidas, é um dos alvos mais promissores para detectar a presença de novas partículas massivas. Este projeto visa compreender a astrofísica de raios gama e de partículas de altas energias na região do Centro Galáctico e sua relação com as emissões difusas em outros comprimentos de onda e em diferentes escalas na Galáxia. Uma atenção especial será dada ao uso de softwares astronômicos avançados para lidar com dados de raios gama, como Astropy, Gammapy, CTools e bibliotecas numéricas que podem gerar radiação não térmica a partir de uma população de partículas relativísticas, como Naima ou Gamera. Esses softwares serão usados para analisar dados reais de observações da região do Centro Galáctico pelos telescópios Fermi-LAT e H.E.S.S.. Em particular, o aluno trabalhará na implementação de uma análise de template multidimensional (ou em cubo), onde modelos de distribuição espacial e em energia da emissão serão usados para separar fontes sobrepostas em regiões complexas. Isso permitirá o estudo aprofundado da astrofísica de fontes de raios gama conhecidas nesta região, como SgrA *, a emissão difusa central, J1745-303 e G+0,9-0,1, bem como a busca de novas fontes de raios gama de muito altas energias, como a bolha de Fermi interna e a aniquilação de ME no halo galáctico. No caso da não-detecção de um sinal de aniquilação de ME, as restrições aos modelos teóricos de partícula de ME serão derivadas. Esse mesmo procedimento poderá ser aplicado à busca de sinais de ME em outros ambientes de alta densidade do Universo, como galáxias anãs e aglomerados de galáxias. Finalmente, a sensibilidade de futuros observatórios, como o Southern Wide field-of-view Gamma-ray Observatory (SWGO) e o Cherenkov Telescope Array (CTA), no estudo da astrofísica da região do CG, bem como para detectar sinais da aniquilação de ME nas regiões mais promissoras do Universo será estimada.