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Tese

Estudo de aceleração de partículas por reconexão magnética em jatos relativísticos (2021)

  • Authors:
  • Autor USP: TORREJÓN, TANIA ELIZABETH MEDINA - IF
  • Unidade: IF
  • Sigla do Departamento: FEP
  • DOI: 10.11606/T.43.2021.tde-23032021-160746
  • Subjects: MAGNETOHIDRODINÂMICA; MÉTODOS NUMÉRICOS; ACELERAÇÃO DE PARTÍCULAS; JATOS (ASTRONOMIA); RAIOS CÓSMICOS
  • Keywords: ASTROFISICA DE ALTAS ENERGIAS; RECONEXÃO MAGNÉTICA; ACCELERATION OF PARTICLES; MAGNETOHYDRODYNAMICS (MHD); METHODS: NUMERICAL; HIGH ENERGY ASTROPHYSICS; COSMIC RAYS; JETS (ASTRONOMY)
  • Agências de fomento:
  • Language: Inglês
  • Abstract: Os fenômeno onipresente de jatos relativísticos associados a buracos negros desempenha um papel importante na astrofísica de altas e muito altas energias (em inglês, VHE). Em particular, as observações indicam que os blazares (núcleos galácticos ativos com jatos relativísticos de feixe colimado apontando para a linha de visada) mostram emissão VHE altamente variável, implicando em regiões de emissão extremamente compactas. Nesta tese, realizando simulações numéricas tridimensionais relativíticas magnetohydrodinâmicas com relatividade especial (3D-SRMHD), investigamos a aceleração de partículas teste injetadas em um jato magentizado relativístico sujeito à instabilidade de torção desencadeada por correntes (em inglês, current driven kink instability, CDKI), a qual excita turbulência e reconexão magnética rápida. Verificamos que uma vez que a turbulência está totalmente desenvolvida no jato, atingindo um estado quase estacionário, a amplitude das torções excitadas ao longo da coluna do jato também atinge um crescimento máximo, causando o rompimento das linhas do campo magnético e a formação de vários locais de reconexão rápida. Isso ocorre depois que a CDKI atinge um platô em seu crescimento não linear. Realizamos uma identificação sistemática dos sítios de reconexão magnética no jato e obtivemos taxas médias de reconexão magnética de ~ 0.05 (em unidades da velocidade de Alfvén) que são comparáveis às previsões da teoria da reconexão rápida induzida por turbulência. Centenas a milhares de prótons, injetados em passos temporais no qual o jato está aproximadamente estacionário, experimentam uma aceleração exponencial até uma energia máxima. Para um campo magnético no jato de B ~ 0.1 G, esta energia de saturação é ~ 10^16 eV, enquanto para B ~ 10 G é ~10^18 eV.O raio de Larmor das partículas que atingem a energia de saturação corresponde ao tamanho da região de aceleração, sendo da ordem do diâmetro do jato perturbado. Durante essa aceleração exponencial, a componente de velocidade das partículas que é predominantemente acelerada é a paralela ao campo magnético local. Este regime de aceleração de partículas é muito semelhante em todos os intervalos mais evoluídos do jato e dura por várias centenas de horas até a energia de saturação. As simulações revelam uma clara associação das partículas aceleradas com as regiões de reconexão rápida, indicando seu papel dominante no processo de aceleração. Além desses valores de saturação, as partículas sofrem aceleração adicional para energias até 100 vezes maiores, mas a uma taxa mais lenta, devido a drift no campo magnético variável. Nos estágios iniciais do desenvolvimento do crescimento não linear da CDKI no jato, quando ainda não há locais de reconexão magnética rápida, as partículas injetadas também são eficientemente aceleradas, mas por drift devido à curvatura do campo magnético na espinha destorcida do jato. No entanto, para que as partículas sejam aceleradas por esse processo, elas precisam ser injetadas com uma energia inicial muito maior do que a necessária para que as partículas acelerem nos locais de reconexão magnética. Finalmente, também obtivemos das simulações um tempo de aceleração devido à reconexão com uma fraca dependência da energia das partículas E, tA E^0.1. O espectro de energia das partículas aceleradas desenvolve uma cauda de alta energia com índice de lei de potência p~ -1.2, no início da aceleração, o qual é compatível com trabalhos anteriores. Nossos resultados fornecem uma estrutura multidimensional apropriada para explorar aceleração em sistemas reais e explicar padrões de emissão complexos nos mesmos, especialmente nas banda
  • Imprenta:
  • Data da defesa: 22.02.2021
    • Acesso à fonteAcesso à fonteDOI
    Informações sobre o DOI: 10.11606/T.43.2021.tde-23032021-160746 (Fonte: oaDOI API)
    • Este periódico é de acesso aberto
    • Este artigo é de acesso aberto
    • URL de acesso aberto
    • Cor do Acesso Aberto: gold
    • Licença: cc-by-nc-sa
    How to cite
    A citação é gerada automaticamente e pode não estar totalmente de acordo com as normas

    • ABNT

      MEDINA-TORREJON, Tania Elizabeth. Estudo de aceleração de partículas por reconexão magnética em jatos relativísticos. 2021. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2021. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-23032021-160746/. Acesso em: 01 maio 2024.

    • APA

      Medina-Torrejon, T. E. (2021). Estudo de aceleração de partículas por reconexão magnética em jatos relativísticos (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-23032021-160746/

    • NLM

      Medina-Torrejon TE. Estudo de aceleração de partículas por reconexão magnética em jatos relativísticos [Internet]. 2021 ;[citado 2024 maio 01 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-23032021-160746/

    • Vancouver

      Medina-Torrejon TE. Estudo de aceleração de partículas por reconexão magnética em jatos relativísticos [Internet]. 2021 ;[citado 2024 maio 01 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-23032021-160746/

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