Producción de neutrones y rayos cósmicos en microcuásares - Escobar, Gastón Javier (2021)
Indicios observacionales y predicciones teóricas sugieren la presencia de hadrones relativistas en los jets de microcuásares. La producción de neutrones relativistas en dichos sistemas es una consecuencia inevitable de la existencia de hadrones, y podría tener efectos observables que permitirían obtener información sobre la composición de los jets, y por ende de su mecanismo de lanzamiento. Los neutrones podrían escapar fácilmente del jet y transportar energía fuera del sistema, cuya influencia en el entorno podría revelar información sobre las propiedades de los microcuásares. Al decaer fuera del sistema, los neutrones podrían además inyectar protones y electrones relativistas al medio, que contribuirían a las poblaciones de rayos cósmicos de las galaxias. En esta Tesis nos proponemos investigar la producción de neutrones relativistas en los jets de microcuásares, y sus posibles efectos sobre el sistema y su entorno. Para ello, abordamos un estudio amplio de los procesos físicos que podrían dar origen o modificar una población de neutrones relativistas en las condiciones imperantes en dichos jets. A partir de la microfísica de dichos procesos, hemos obtenido las distribuciones de partículas relativistas dentro del jet, la distribución espectral de energía de su emisión electromagnética, y la potencia espectral de los neutrones que escapan. Para ello resolvimos las ecuaciones de transporte acopladas de las distintas poblaciones de partículas, en estado estacionario y para distintas propiedades de los jets, mediante un código numérico desarrollado para tal fin. Calculamos además la evolución de la población de neutrones que escapa del sistema, determinando la distribución espacial y espectral de sus productos de decaimiento. Para estos últimos, seguimos su evolución hasta que alcanzan el medio interestelar, y calculamos el espectro de rayos cósmicos inyectado al mismo. Nuestros resultados indican que la producción de neutrones en los jets no modifica la emisión electromagnética de estos sistemas, por lo que no tendría consecuencias observables que permitieran distinguir su presencia. En cambio, toda la energía volcada a la población de neutrones se extraería del sistema como rayos cósmicos. En los casos más eficientes, que corresponden a jets bien colimados, luminosos y lentos, con regiones de emisión compactas y cercanas a su base, la potencia inyectada al medio es significativa y podría explicar una fracción importante de la potencia de rayos cómicos galácticos. Los principales aportes originales de este trabajo de Tesis son tres. En primer lugar, el desarrollo del mecanismo de producción de rayos cósmicos mediante la creación y decaimiento de neutrones. En segundo lugar, la provisión de estimaciones cuantitativas de la potencia producida por dicho mecanismo y de su dependencia con las propiedades de los microcuásares, que abre la puerta para estudios poblacionales. Por último, la determinación de la contribución de los microcuásares a la población de rayos cósmicos galácticos, como fuentes alternativas a los remanentes de supernova. Estos aportes contribuyen a comprender la naturaleza y el origen de los rayos cósmicos, una cuestión fundamental de la Astrofísica moderna.