[pt] Conforme entramos na era de precisão da astronomia multimensageira,
novas janelas se abrem para compreendermos melhor o Universo, desde a escala
quântica até a escala cósmica. Em particular, o estudo de fenômenos astrofísicos
de altas energias tem nos permitido acessar os ambientes mais extremos
conhecidos pela humanidade, bem como obter avanços sem precedentes no
domínio da física de partículas. Esta tese resume as descobertas importantes
da astrofísica multi-mensageira ao longo dos anos, e, em seguida, foca a sua
atenção em três tópicos relevantes que estão atualmente sendo investigados
neste campo. Primeiramente, abordamos o problema da propagação de raios
gama no espaço. Interações durante este processo levam à formação de cascatas
eletromagnéticas que se desenvolvem ao longo de distâncias cosmológicas.
Apresentaremos um código semi-analítico chamado “γ-Cascade”, que calcula
os fluxos na Terra resultantes de tais cascatas. Também exploramos a possibilidade
de se produzir neutrinos em cascatas ocorrendo a energias ultra-altas.
Em segundo lugar, estabeleceremos uma relação multimensageira nova e original
entre os fluxos medidos de neutrinos astrofísicos entre TeV–PeV e raios
cósmicos ultra-energéticos. Para isso, utilizaremos nossas observações precisas
de raios gama em energias abaixo de TeV, demonstrando o poder de uma
análise multimensageira. Finalmente, estudaremos a evolução da composição
de sabor de neutrinos produzidos em supernovas. Nosso novo método permite
previsões genéricas sobre os possíveis sabores de neutrinos medidos na Terra.
São levados em consideração os efeitos de matéria dentro dos ambientes densos
de supernovas, enquanto permanecemos completamente agnósticos em relação
ao resultado das conversões auto-induzidas de sabor em seus núcleos. / [en] As we enter the precision era of multi-messenger astronomy, new windows are opened for us to better understand the Universe, from quantum to cosmic scales. In particular, the study of high-energy astrophysical phenomena has allowed us to probe the most extreme environments known to mankind, as well as obtain unprecedented breakthroughs within the realm of particle physics. This thesis summarizes the important findings of multi-messenger astrophysics over the years, before focusing its attention to three relevant
topics currently being investigated in the field. Firstly, we tackle the problem of γ-ray propagation in space. High center-of-momenta interactions during this process leads to the formation of electromagnetic cascades that develop over cosmological distances. We describe a semi-analytical code called “γ-Cascade, which calculates the fluxes at the Earth resulting from such cascades. We also explore the possibility of producing neutrinos in ultra-high-energy cascades. Secondly, we establish a new, original multi-messenger connection between the measured fluxes of TeV–PeV astrophysical neutrinos and ultra-high-energy
cosmic rays. This is done by taking advantage of our precise γ-ray observations at sub-TeV energies, demonstrating the power of multi-messenger analyses. Finally, we study the evolution of the flavor composition of supernova neutrinos in a model-independent way. Our novel method allows for predictions of the neutrino flavor content measured at the Earth from supernovae, accounting for matter effects within its dense environment, while remaining completely agnostic about the outcome of self-induced flavor conversions in its core.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:67412 |
| Date | 23 July 2024 |
| Creators | ANTONIO CAPANEMA GUERRA GALVAO |
| Contributors | ARMAN ESMAILI TAKLIMI |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | TEXTO |
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