Astrofísica de altas energias de galáxias e AGNs no contexto cosmológico: conectando simulações numéricas e observações com o CTA e o ASTRI Mini-Array

Resumo

O feedback da formação estelar, de explosões de supernovas, e da acreção de núcleos galácticos ativos (AGNs), propicia alguns dos eventos mais energéticos no Universo. Estes são os responsáveis pela geração de poderosos ventos galácticos e pela evolução das galáxias em escalas cosmológicas. Este projeto tem como objetivo explorar fenômenos astrofísicos de alta energia em galáxias e AGNs no contexto cosmológico, nos últimos 12 Gyr, os quais apresentam questões não resolvidas na Astronomia. Prevê-se uma estreita colaboração com pesquisadores especialistas na Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas, da Universidade de São Paulo (IAG-USP), i.e., o grupo da Profa. Elisabete de Gouveia Dal Pino e seus colaboradores. Um objetivo maior é fazer previsões para a próxima geração de instrumentação em raios gama - o Cherenkov Telescope Array (CTA), e seu precursor - o ASTRI MINI-ARRAY. Os objetivos científicos buscarão caracterizar eventos energéticos dentor dos 4 tópicos seguintes mais amplos, bem como observá-los em épocas primordiais usando particularmente radiação gama: (1) O feedback da formação estelar e de explosões de supernovas em galáxias acarretando a injeção de ventos galácticos. (2) a acreção de gás por buracos negros supermassivos de AGNs; a modelagem da expansão de jatos e lobos de radio-galáxias e a evolução energética; geração de ventos galácticos induzida pelo feedback do AGN; a emissão difusa de altas energias em raios gama proveniente das diferentes populações de AGNs a fim de determinar limites superiores sobre a radiação extragaláctica de fundo (EBL). (3) As assinaturas de matéria escura por meio da auto-aniquilação e da detecção de raios gama. (4) Apoiar na preparação para o CTA e ASTRI MINI-ARRAY para observação de fenômenos de alta energia por meio da execução de simulações de Monte-Carlo. O projeto irá utilizar uma abordagem que pretende ir além do estado-da-arte, conectando diretamente modelos teóricos atuais, simulações numéricas e observações. Propomos utilizar pelo menos dois códigos numéricos: (i) 3D SPH GADGET-3, que combina hidrodinâmica com a cosmologia, e contém novos modelos de feedback bariônico (Barai et al 2015); e (ii) o código Godunov MHD AMON, desenvolvido no grupo da Profa. de Gouveia Dal Pino e colaboradores (Kowal et al. 2007). Utilizando recursos de supercomputação do IAG-USP bem como externos, vamos realizar uma série de simulações hidro e MHD e também simulações de Monte-Carlo. Os resultados destas serão utilizados para se produzir observáveis sintéticos, os quais serão comparados com as observações de eventos energéticos (especialmente em raios gama), para uma dedução das interpretações físicas. A investigação proposta de fenômenos astrofísicos de alta energia, tendo em conta os ambientes cosmológicos em grande escala, esta na vanguarda da investigação de ponta em Astronomia. O projeto poderá contribuir para a competitividade brasileira em pesquisa de computação na escala peta, fornecendo previsões teóricas para o CTA - uma dos consórcios científicos mais importantes atualmente. Eventos em raios gama com energias acima de 100 TeV irão ser observados pela primeira vez com o precursor ASTRI MINI-ARRAY e em seguida pelo CTA inteiro, os quais ainda não foram testados numericamente amplamente, por isso é fundamental e oportuno explora-los agora. Pretendo divulgar nossos resultados científicos por meio da publicação de artigos acadêmicos (1 a 2 artigos por ano) em revistas de renome na Astrofísica com referee, apresentar os resultados para a comunidade astronômica em conferências/seminários internacionais, e ao público em geral em atividades de extensão locais, em São Paulo. Esta bolsa ira me ajudar a reforçar a minha maturidade profissional, e estabelecer novos direcionamentos em minha pesquisa, particularmente contribuindo para consolidar a Astrofísica de Altas Energias no IAG-USP e no Brasil. (AU)