Aceleração de raios cósmicos em sistemas astrofísicos

• Processo: 25/12301-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de dezembro de 2025
• Data de Término da vigência: 30 de novembro de 2027
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Astronomia
• Pesquisador responsável: Elisabete Maria de Gouveia Dal Pino
• Beneficiário: Petros Stefanou
• 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): Radiação não térmica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Cosmic ray acceleration | gamma-ray emission | Magnetic reconnection | non-thermal radiation | relativistic MHD and PIC simulations | shock & plasma instabilities | High energy astrophysics

Resumo

Os raios cósmicos (CRs), que abrangem energias de 10^9 a 10^20 eV, são produzidos em diversos sistemas astrofísicos, mas seus mecanismos de aceleração são apenas parcialmente compreendidos. Enquanto os CRs de menor energia têm origem galáctica, as origens dos CRs ultra-energéticos ainda são objeto de debate. A astronomia de raios gama é uma ferramenta crucial para estudar a produção de CRs, pois as partículas carregadas são desviadas por campos magnéticos, ocultando suas fontes. Observatórios futuros, como o CTA e o ASTRI Mini-Array, estão bem equipados para explorar esses processos com uma sensibilidade sem precedentes. Este projeto tem como objetivo principal o estudo da aceleração de partículas por meio de reconexão magnética, um mecanismo cada vez mais reconhecido como fundamental em plasmas astrofísicos. A reconexão converte de forma eficiente energia magnética em energia de partículas, produzindo distribuições de energia em lei de potência observadas em emissões de alta energia de fontes como remanescentes de supernovas (SNRs), núcleos ativos de galáxias (AGNs) e explosões de raios gama (GRBs). Estudos numéricos recentes revelam que a aceleração por reconexão é eficiente em uma ampla gama de condições, oferecendo um mecanismo universal complementar à aceleração por choques e processos estocásticos, onde estes se mostram menos eficientes ou ausentes. Utilizando simulações numéricas avançadas, incluindo abordagens MHD, PIC, híbridas, e IA, este estudo visa: (1) explorar os mecanismos de aceleração por reconexão, (2) derivar taxas de aceleração e difusão, (3) estudar perdas radiativas e propriedades espectrais, (4) incorporar ambientes MHD dependentes do tempo para aceleração em meios turbulentos e (5) examinar a reconexão em sistemas relativísticos, como jatos de buracos negros. Esses esforços buscam modelar flares e espectros de fontes astrofísicas, fornecendo insights essenciais para a interpretação de observações do CTA e do ASTRI. Esta pesquisa ampliará nossa compreensão sobre a aceleração de CRs, avançando tanto os modelos teóricos quanto as previsões observacionais para a astrofísica de altas energias.