Nona Semana Integrada do Instituto de Física de São Carlos

Fontes locais de raios cósmicos ultra energéticos

Não agendado

20m

Mestrado

Palestrante

Sr. Cainã Oliveira

Descrição

Mesmo após um século desde seu descobrimento, a origem dos raios cósmicos continua sendo um dos grandes mistérios da ciência contemporânea. Os mecanismos de aceleração de raios cósmicos ultra energéticos (UHECR) são ainda desconhecidos, bem como as fontes que os originam. Entretanto, em 2018 a colaboração do Observatório Pierre Auger (PAO) demonstrou que os UHECR, com energias acima de $10^{18}\ eV$, apresentam origem extragalática, tendo portanto, de se propagar por distâncias astronômicas antes de atingirem a Terra. (1) Durante o processo de propagação, o espectro injetado pela fonte sofre atenuação devido à: perda de energia de forma adiabática consequente da expansão do universo; interações com radiações de fundo cósmico que resultam em perdas de energia via fotoprodução de píons, fotoprodução de pares $e^-e^+$, e, no caso de núcleos, fotodesintegração. Estes mecanismos, além de modificarem o espectro emitido pela fonte astrofísica, tanto em relação à energia quanto em relação à composição, produzem fluxos adicionais de neutrinos e raios gama. (2-3) Este projeto tem por objetivo buscar fontes locais de UHECR, tais como a radio galáxia Centaurus A, por meio de uma abordagem multi-mensageiro que envolve simulações do fluxo de partículas que chegam à Terra após a propagação: núcleos, neutrinos e gama. Os cálculos dos fluxos que chegam à Terra estão sendo feitos utilizando o software CRPropa3.0, que realiza a propagação de núcleos, neutrinos, fótons, elétrons e pósitrons. Nele, estão implementados os processos de perdas de energia acima descritos, além de diversos modelos de radiação de fundo extragalática (EBL) e distribuições de fontes. Também é possível escolher a composição dos primários emitidos pela fonte, se a propagação será unidimensional, tridimensional ou quadrimensional, acoplando ou não campos magnéticos. Nesta primeira abordagem do problema, calculou-se o fluxo de neutrinos produzidos pelo ajuste combinado do PAO, com índice espectral 0.87, energia de corte de $10^{18.62}\ eV$, com composição na fonte de 77 % N e 23 % Si. (3) Utilizando tais dados, produziu-se o fluxo de neutrinos gerados por tal espectro e comparou-se o resultado com as sensibilidades de experimentos atuais e futuros: IceCube (2018), Auger (2017), ARA, ARIANNA, GRAND e POEMMA (em 3 anos). (2) Com tais dados, nota-se que o fluxo de neutrinos vindo da propagação não será medido pelos experimentos atuais (IceCube, Auger) ou previstos para 3 anos.

Referências

1 AAB, A. et al. Observation of a large-scale anisotropy in the arrival directions of cosmic rays above 8×10^{18} eV. Science, v. 357, n. 6537, p. 1266-1270, 2017.
2 DAS, S.; RAZZAQUE, S.; GUPTA, N. Ultrahigh energy cosmic rays and neutrinos from light nuclei composition. Physical Review D, v. 99, n. 8, p. 083015-1-083015-18, 2019.
3 AAB, A. et al. Combined fit of spectrum and composition data as measured by the Pierre Auger Observatory. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, v. 2017, n. 4, p. 038-1-038-40, Apr. 2017.