Efectos de propagación en el espectro y la distribución de direcciones de arribo de rayos cósmicos ultraenergéticos

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