Simulações Monte Carlo de processos nucleares durante explosões solares em presença de campos magnéticos

Resumo

Fenômenos explosivos dinâmicos ocorrem em todo o universo, particularmente em plasmas magnetoativos. Exemplos são encontrados na magnetosfera da Terra e de outros planetas, em explosões solares e outros fenômenos dinâmicos que ocorrem no Sol e em outras estrelas do tipo tardias, em explosões de magnetares e em discos de acreção de objetos compactos. Os mecanismos através dos quais a energia é armazenada no campo magnético e repentinamente liberada ainda são muito pouco compreendidos. Geralmente algumas das partículas envolvidas ganham energias bem acima do limiar térmico e, portanto, questões referentes à aceleração de partículas estão diretamente ligadas aos problemas de liberação de energia. Explosões solares fornecem um exemplo prototípico. São eventos intensos e transientes que ocorrem nas chamadas regiões ativas da atmosfera solar, envolvendo a liberação de energias da ordem de 10²w a 10³² erg em poucas dezenas de segundos até dezenas de minutos. Os processos que podem ser estudados no caso de explosões solares constituem uma base sólida para entender processos energéticos mais intensos que ocorrem a distâncias bem maiores.Em algumas explosões, linhas de raios-gama assim como nêutrons energéticos detectados no espaço indicam que íons foram acelerados a energias eMeV. Os fluxos observados nessas linhas nas maiores explosões de raios-gama implicam em um conteúdo energético dos íons acelerados comparável ao dos elétrons que emitem raios-X . Acredita-se que essas partículas energéticas transportam a energia da região coronal, onde é liberada, até as camadas mais profundas da atmosfera solar e que podem ser responsáveis, por exemplo, por toda a radiação emitida na explosão em comprimentos de onda ópticos e no ultravioleta (UV). Assim, o problema de explicar a liberação de energia em uma explosão solar está intimamente ligado aos problemas relacionados ao mecanismo de aceleração das partículas, questão central para o entendimento do processo de reconexão magnética em plasmas tênues. Os íons mais energéticos produzem pósitrons e elétrons secundários com energias no intervalo de MeV a GeV através de diferentes mecanismos que, por sua vez, emitem radiação sincrotrônica em comprimentos de onda milimétricos (mm) e sub-milimétricos (sub-mm). A faixa de comprimento de onda que vai de ondas sub-mm até o infravermelho médio (faixa de frequências de sub-THz a THz) é uma das menos exploradas em estudos de explosões solares. O objetivo geral deste trabalho é estudar a produção de partículas secundárias em explosões solares, que ocorre devido a processos nucleares envolvendo interações de íons energéticos acelerados com núcleos da atmosfera solar ambiente, e sua contribuição para os espectros de emissão de radiação síncrotrônica e de raios-gama observados; desenvolver uma modelagem detalhada para descrever o transporte de íons primários na atmosfera solar em explosões solares e a produção e transporte de partículas secundárias na presença de campos magnéticos realísticos, bem como a consequente emissão de radiação sincrotrônica e gama; e elaborar uma estrutura baseada nessa modelagem para interpretar os dados de observações detalhadas de explosões solares que se espera obter através de instrumentos de ponta como o ALMA e o LLAMA, bem como de medidas já existentes na faixa de comprimentos de onda sub-mm obtidas pelo SST e na faixa de raios-gama obtidas pelo Fermi LAT e experimentos anteriores. (AU)