González , Juan M. (2019) Efectos de propagación en el espectro y la distribución de direcciones de arribo de rayos cósmicos ultraenergéticos / Propagation effects on the spectrum ant the distribution of arrival directions of ultra-energetic cosmic rays. Maestría en Ciencias Físicas, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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| PDF (Tesis) Español 1802Kb |
Resumen en español
Este trabajo presenta la tesis de Maestría en Ciencias Físicas Efectos de propagación en el espectro y distribución de direcciones de llegada de rayos cósmicos de ultra alta energía. Analizamos los efectos de la propagación de rayos cósmicos de muy alta energía en presencia de campos magnéticos y fondos de radiación cósmica en el medio intergaláctico. En el capitulo 1 presentamos brevemente lo que se conoce del espectro en energía de los rayos cósmicos. Discutimos sobre sus mecanismos de aceleración. Luego comentamos como describir un Universo en expansión. Concluimos por dar una descripción de los campos magnéticos turbulentos, de los fondos de radiación presentes en el Universo y de los procesos que estos pueden excitar en un núcleo atómico. El capitulo 2 presenta la ecuación de propagación en los campos magnéticos intergalácticos. Menciona algunas soluciones interesantes de dicha ecuación. Luego se expone como fue el método numérico utilizado para su resolución. Analizamos como las partículas pasan de un régimen de propagación rectilíneo a uno difusivo en tiempos mas largos. A continuación se presenta el software SimProp desarrollado por Aloisio et al que da cuenta de las interacciones con los fondos de radiación. Luego presentamos como se integraron ambos códigos para estudiar la propagación del núcleo primario. Finalizamos por exponer los resultados obtenidos para la propagación de protones en un escenario con campo magnético e interacciones. Se discute la presencia de un horizonte magnético debido al campo magnético, así como un horizonte a altas energías debido a las interacciones. Los resultados muestran la existencia de un fenómeno de pile-up para energías mayores a 10EeV. En el capitulo 3 informamos los resultados para el flujo detectado en la Tierra. Mostramos como el flujo observado de una fuente cercana (dentro del Supercúmulo local) que emite desde un tiempo nito en el pasado se suprime a bajas energías debido al campo magnético intergaláctico. Esta supresión aumenta con la intensidad del campo magnético y disminuye para las fuentes que emiten desde tiempos mas largos o para distancias mas pequeñas. Así, el efecto del horizonte magnético suprime el flujo total a bajas energías. Además, la densidad finita afecta el corte del espectro debido a las interacciones a altas energías. Para un conjunto de fuentes se encuentra que el flujo esta suprimido a bajas energías por el horizonte magnético, mayores intensidades de campo magnético reducirán el flujo a bajas energías. El flujo proveniente de un ensemble de fuentes esta suprimido a bajas energías por el tiempo de emisión de las fuentes, mayores tiempos de emisión redundan en una menor supresión. Y la distancia característica entre fuentes suprime el flujo tanto a altas, como a bajas energías. El capítulo 4 presenta las conclusiones. El espectro observado de rayos cósmicos extragalácticos se modifica signicativamente con respecto al emitido por las fuentes, tanto por las interacciones con los fondos de radiación, que son mas importantes a altas energías, como por los campos magnéticos, que son mas importantes a bajas energías.
Resumen en inglés
This work presents the Master's thesis in Physical Sciences Propagation effects in the spectrum and distribution of arrival directions of ultra high energy cosmic rays. We analyse the effects of the propagation of cosmic rays of very high energy in the presence of magnetic elds and cosmic radiation backgrounds in the intergalactic environment. In chapter 1 we brie y present what is known about the energy spectrum of cosmic rays. We discuss its acceleration mechanisms. Then we discuss how to describe an expanding Universe. We conclude by giving a description of the turbulent magnetic fields, the radiation backgrounds present in the Universe and the processes that can affect in an atomic nucleus. Chapter 2 presents the equation used to simulate the propagation in the intergalactic magnetic eld. We comment some interesting solutions to that equation. Then we present the numerical method used for its resolution. We analyse how particles pass from a regimen of rectilinear propagation to a diffusive one in longer times. We the present SimProp software developed by Aloisio et al that accounts for interactions with radiation backgrounds and how both codes were integrated to study the propagation of the primary nucleus. We conclude by exposing the results obtained for the propagation of protons in a scenario with magnetic eld and interactions. The presence of a magnetic horizon due to the magnetic eld is discussed, as well as a high energy horizon due to interactions. A pile-up phenomena for energies greater than 10EeV is discussed. In chapter 3 we report the results for the flux detected at Earth. We show how the observed flux from a nearby source (within the local Supercluster) that emits from a finite time in the past is suppressed at low energies due to the intergalactic magnetic field. This suppression increases with the intensity of the magnetic eld and decreases for sources emitting from longer times or for smaller distances. Thus, the effect of the magnetic horizon suppresses the total flow at low energies. In addition, nite density affects the spectrum cut due to high energy interactions. For a set of sources it is found that the flux is suppressed at low energies by the magnetic horizon, higher magnetic eld intensities will suppress the flux at low energies. This flux is also suppressed at low energies by the time of emission of the sources, longer emission times result in a lower suppression. And the characteristic distance between sources suppresses the flow at both high and low energies. Chapter 4 presents the conclusions. The observed spectrum of extragalactic cosmic rays is signicantly modied with respect to that emitted by sources, both by interactions with radiation backgrounds, which are more important at high energies, and by magnetic elds, which are more important at low energies.
| Tipo de objeto: | Tesis (Maestría en Ciencias Físicas) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Interaction; Interacciones; Cosmic ray propagation; Propagación de rayos cósmicos; Magnetic fields; Campos magnéticos; [Comic rays; Rayos cósmicos; Arrival directions; Direcciones de arribo; Simulations; Simulaciones] |
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| Materias: | Física > Partículas y campos |
| Divisiones: | Investigación y aplicaciones no nucleares > Física > Partículas y campos |
| Código ID: | 886 |
| Depositado Por: | Tamara Cárcamo |
| Depositado En: | 21 Abr 2021 11:11 |
| Última Modificación: | 21 Abr 2021 11:11 |
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