Difusão, aceleração e propagação de raios cósmicos em ambientes astrofísicos turbulentos

Resumo

Apesar dos meios interestelares da Via Láctea e de outras galáxias aparentemente conterem grandes quantidades de raios cósmicos (CRs) em equilíbrio com o gás turbulento em movimento e os campos magnéticos pervasivos, a relação entre estas componentes é pouco compreendida. Além disto, a evolução de galáxias, formação de estrelas e até mesmo a luz extragaláctica de fundo também são processos supostamente relacionados a raios cósmicos. A interação de CRs com gás e fótons ambientes gera fluxos de partículas secundárias, tais como fótons e neutrinos, via processos fotohadrônicos ou hadronucleares. CRs podem, portanto, ser importantes ferramentas para estudar ambientes astrofísicos extremos; juntamente com outros mensageiros tais como raios gama e neutrinos, pode-se obter uma melhor compreensão de como partículas são produzidas por aceleradores cósmicos, como elas se propagam através dos meios interestelar e intergaláctico, e as propriedades das regiões por elas atravessadas. Neste projeto novos estudos de propagação de CRs em meios turbulentos são propostos, enfatizando o papel de mensageiros secundários associados a CRs tais como raios gama e neutrinos.Um problema em aberto em cosmologia diz respeito à origem dos campos magnéticos no universo, uma questão fundamental que está relacionada a outros problemas ainda não resolvidos tais como a distribuição de matéria em grandes escalas, a existência de campos magnéticos intergalácticos (IGMFs) em vazios cosmológicos, e a assimetria matéria-antimatéria do universo. Campos magnéticos também afetam trajetórias de partículas comumente utilizadas como mensageiros cósmicos para grandes distâncias. Durante sua propagação, raios gama de altas energias podem induzir a formação de chuveiros eletromagnéticos, gerando pares elétron-pósitron cujos ângulos de abertura são sensíveis à intensidade dos campos magnéticos intervenientes. Apesar deste método ter sido amplamente utilizado para inferir a intensidade e comprimentos de coerência de IGMFs, instabilidades no plasma devido às interações entre a componente ionizada do meio intergaláctico e os pares podem afetar o desenvolvimento do chuveiro, tornado este método potencialmente inviável. Este projeto também visa compreender o papel dos efeitos de plasmas no desenvolvimento de chuveiros eletromagnéticos iniciados por raios gama de altas energias.