Propagação de ráios cósmicos em aglomerados de galáxias e a produção de raios gama e neutrinos (2022)
- Authors:
- Autor USP: HUSSAIN, SAQIB - IAG
- Unidade: IAG
- Sigla do Departamento: AGA
- Subjects: AGLOMERADOS DE GALÁXIAS; NEUTRINOS; RAIOS CÓSMICOS; RAIOS GAMA
- Agências de fomento:
- Language: Português
- Abstract: A origem dos raios cósmicos de ultra-alta energia (UHECRs), e da emissão difusa de neutrinos e de raios gama está entre os principais mistérios da astrofsica. O fundo difuso de raios gama (DGRB) corresponde àquele que permanece após subtrarem-se todas as fontes individuais do céu de raios gama observadas. O DGRB fornece uma perspectiva não térmica do universo que também é explorada através dos UHECRs e neutrinos extragalácticos. Os fluxos de energia observados desses três componentes são todos comparáveis, sugerindo que eles podem ter uma origem comum. Vários tipos de fontes astrofsicas foram sugeridas como contribuintes para esses multi-mensageiros de alta energia. Eles possivelmente têm contribuições de diferentes populações, como galáxias com formação de estrelas (SFGs), pulsares, núcleos galácticos ativos (AGNs), surtos de raios gama (GRBs), e de aglomerados de galáxias. Em particular, aglomerados de galáxias podem potencialmente produzir raios cósmicos (CRs) até energias muito altas por meio de choques de grande escala e aceleração turbulenta. Devido à sua configuração única de campo magnético e grande extensão, os CRs com energia < 1017 eV podem ficar presos dentro dessas estruturas em escalas de tempo cosmológicas e gerar partculas secundárias, incluindo neutrinos e raios gama, por meio de interações com o gás de fundo e os campos de radiação. Nesta Tese, combinamos simulações MHD cosmológicas tridimensionais (3D) de aglomerados de galáxias com a propagação de CRs usando simulações de Monte Carlo, considerando redshifts z < 5, e computamos a contribuição dos aglomerados para o fundo difuso de neutrinos e raiosgama. Usamos a distribuição de aglomerados dentro do volume cosmológico para extrair suas propriedades, incluindo massa, campo magnético, temperatura e densidade. Propagamos os CRs neste ambiente considerando todos os processos (Continuação)(Continua) relevantes de interação fotohadrônica, fotonuclear e hadronuclear. Verificamos que para CRs injetados com uma fração ~ (0,5 3)% da luminosidade dos aglomerados, ndices do espectro de lei de potência com índices α= 1, 5-2, 7 e energia de corte Emax= (10¹⁶-5 x 10¹⁷) eV, os aglomerados contribuem para uma fração considerável do fluxo difuso de neutrinos observado pelo IceCube, mas a maior parte da contribuição vem de aglomerados com M > 101ᶣ M sun e redshift z < 0.3. Esta contribuição é ainda maior quando inclumos a evolução cosmológica das fontes de CRs, isto é, AGNs e regiões de formação estelar. Da mesma forma, para o fluxo de raios gama difuso integrado, verificamos que os clusters podem contribuir com até 100% do fluxo de raios gama difuso acima de 100 GeV, observado pelo Fermi-LAT, para potência de injeção de CRs correspondente a 1% da luminosidade dos clusters, índices espectrais a= 1,5-2,5 e energia de corte Emax= (101⁶ 10¹⁷) eV. O fluxo é dominado por clusters com massa 101³< M/Msun < 101⁵ na faixa de redshift z < 0,3. Nossos resultados também preveem a observação potencial de raios gama de alta energia (> 101² eV) de aglomerados por experimentos como HAWC, LHAASO e até mesmo o próximo CTA. (Continuação)(Continua) Acreditamos que este trabalho tenha fornecido novos resultados importantes para área de astrofísica de raios gama e multi-mensageiros. Em primeiro lugar, eles são um avanço computacional, pois compreendem os cálculos mais detalhados até hoje desse tipo de processo, empregando técnica raramente usadas em conjunto (simulações 3D) de propagação de partículas com simulações MHD cosmológicas). Em segundo lugar, nossos resultados fornecem uma estimativa de um fluxo de raios gama e de neutrinos aglomerados de galáxias que devem ser levados em consideração ao se interpretar o fundo difuso dessas emissões. Isso tem implicações imediatas para todos os estudos que dependem de estimativas precisas desse fundo, desde modelos de fontes extragalácticas individuais de raios gama e neutrinos de alta energia até pesquisas de matéria escura. Além disso, nossos resultados estabelecem uma conexão clara entre os fluxos desses dois mensageiros, neutrinos e raios gama que, combinados, permitem-nos estudar indiretamente CRs em aglomerados, mesmo que não sejam diretamente observáveis.
- Imprenta:
- Data da defesa: 05.04.2022
-
ABNT
HUSSAIN, Saqib. Propagação de ráios cósmicos em aglomerados de galáxias e a produção de raios gama e neutrinos. 2022. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2022. . Acesso em: 01 maio 2024. -
APA
Hussain, S. (2022). Propagação de ráios cósmicos em aglomerados de galáxias e a produção de raios gama e neutrinos (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. -
NLM
Hussain S. Propagação de ráios cósmicos em aglomerados de galáxias e a produção de raios gama e neutrinos. 2022 ;[citado 2024 maio 01 ] -
Vancouver
Hussain S. Propagação de ráios cósmicos em aglomerados de galáxias e a produção de raios gama e neutrinos. 2022 ;[citado 2024 maio 01 ]
How to cite
A citação é gerada automaticamente e pode não estar totalmente de acordo com as normas
