Explorando a aceleração de raios cósmicos (CR) ultra-energéticos e a origem da emissão de raios gama e neutrinos em jatos relativísticos com simulações PIC-RMHD e Machine Learning: Preparação para o ASTRI Mini-Array e o Cherenkov Telescope Array

Resumo

Acredita-se que os jatos relativísticos que emanam de buracos negros (BH), especialmente aqueles de galáxias ativas, estão entre os aceleradores de partículas e emissores de energia muito alta (VHE) mais extremos do universo. Apenas recentemente, a partir da combinação de teoria, simulações numéricas e observações, começamos a entender os processos físicos que potencialmente prevalecem em torno dos BHs, a fim de explicar grandes questões em aberto, como a origem das explosões de raios gama VHE, e de raios cósmicos ultra-energéticos (UHECRs). Nas regiões internas, estes sistemas são dominados dinamicamente por campos magnéticos, de modo que a aceleração de partículas do tipo Fermi, causada por reconexão magnética, deve prevalecer. Este projeto de doutorado visa ampliar os avanços recentes feitos pelo nosso grupo neste campo de pesquisa. Os objetivos específicos envolvem (i) combinar simulações de magnetohidrodinâmica relativística (RMHD) com métodos de partícula-em-célula (PIC-RMHD), levando em conta a aceleração de partículas e seu feedback no plasma de fundo o qual ainda não foi feito em trabalhos anteriores; (ii) explorar a origem dos raios gama e neutrinos VHE, particularmente de AGN blazars, combinando simulações RMHD com cálculos de transferência radiativa, bem como utilizando métodos de Monte Carlo para reconstrução da densidade de energia espectral (SED); (iii) utilizar Aprendizado de Máquina para otimizar a obtenção das SEDs; (iv) aplicar os resultados dos itens (i)-(iii) para fontes conhecidas, como o blazar TXS 0506056, bem como outras fontes alvo das colaborações Cherenkov Telescope Array (CTA) e ASTRI Mini-Array. O aluno adquirirá um amplo leque de habilidades, desde técnicas numéricas até observacionais. Um período sanduíche de 6 meses é previsto no Observatório Teide, em Tenefire (Espanha), no qual um extensivo aprendizado do funcionamento prático do ASTRI Mini-Array é esperado.