Investigação de fenômenos de altas energias e plasmas astrofísicos: teoria, simulações numéricas, observações e desenvolvimento de instrumentação para o Cherenkov Telescope Array (CTA)

Resumo

A maior parte da matéria visível no universo está no estado de plasma, ou seja, é constituída por gás total ou parcialmente ionizado permeado por campos magnéticos. O grupo de Altas Energias e Plasmas Astrofísicos de E. M. de Gouveia Dal Pino do Instituto de Astronomia, Geologia e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG-USP), A.B.M. Valio do Centro de Radioastronomia e Astrofísica da Universidade Mackenzie (CRAAA), e Diego Falceta Gonçalves da EACH-USP vêm desenvolvendo vários projetos correlacionados usando uma descrição magneto-hidrodinâmica (MHD) teórica-numérica, bem como ferramentas observacionais para investigar plasmas astrofísicos e fenômenos de altas energias. Nesse contexto, ênfase especial foi dada aos estudos de: 1) jatos astrofísicos e discos de acreção ao redor de estrelas e buracos negros; 2) origem, propagação e aceleração de raios cósmicos; 3) ventos estelares e galácticos e seu feedback em gás/energia /campo magnético no meio ambiente cósmico; 4) efeitos de turbulência MHD e choques de supernovas sobre a formação de estrelas e o transporte de fluxo magnético; 5) atividade magnética solar e estelar, o problema do dínamo, e a construção de um Observatório Solar Virtual; 6) migracao de planetas; 7) determinação das propriedades do campo magnético do universo local; e 8) origem e evolução dos campos magnéticos cósmicos no meio intra-aglomerado turbulento (ICM) e meio intergaláctico (IGM) empregando uma descrição MHD cinética (KMHD). A maior parte destes estudos vem sendo realizados atraves de modelagem numérica 3D MHD empregando-se códigos e técnicas numéricas sofisticadas, focalizando no desenvolvimento de processos fundamentais de plasma e de altas energias, tais como turbulência, reconexão magnética, dínamo, ondas de choque, instabilidades cinéticas e MHD, e aceleração estocástica de particulas, os quais vem resultando em contribuições significativas para a área. Nesta Proposta, pretendemos dar continuidade a esses estudos.Além disso, nos últimos anos, nosso grupo tem tambem se envolvido no Projeto Cherenkov Telescope Array (CTA), uma colaboração internacional (com 29 países), visando a construção de uma nova geração de telescópios de raios gama em solo. O CTA irá levar `a mais profunda visao do universo não-térmico nas altas energias, com contribuições significativas para a cosmologia, astrofísica de partículas e, em particular, para os aceleradores astrofisicos de raios cósmicos, os campos magnéticos cósmicos e tambem na investigação dos surtos de raios-gama (GRBs). Presentemente, a construção de um Mini-Array para o CTA consistindo de um pequeno arranjo de (até 7) telescópios Cherenkov foi aprovado pelo Ministério Italiano da Educação, Universidade e Pesquisa, sob a coordenação de Giovanni Pareschi, Diretor do Observatorio Astronomico INAF-Brera. Este constituirá um pathfinder e o "core" para o futuro CTA e permitirá a realização de testes extensivos e a obtencao de dados de alta qualidade ainda na fase de preparação e construção do CTA. O financiamento aprovado pelo governo italiano, no entanto, será capaz de patrocinar apenas parte do Mini-Array. A presente proposta visa solicitar financiamento para a construção de três (3) telescópios Cherenkov a fim de completar o CTA Mini-Array, em parceria com o grupo italiano, com acesso completo ao know-how tecnológico e `a construção do arranjo. Além disso, tal como descrito acima, tendo em vista o extensivo número de projetos de presquisa correlacionados em desenvolvimento pelo grupo, uma atualização de nossos recursos computacionais (também adquiridos com auxilio anterior da FAPESP) será tambem necessária. (AU)