Doutorado: Explorando o lado extremo do Universo com o telescópio espacial Fermi

 

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Processos físicos de altas energias comumente ocorrem nas redondezas de objetos astronômicos compactos, como estrelas de nêutrons e buracos negros. Nesses ambientes extremos, partículas subatômicas viajando a velocidades relativísticas são capazes de emitir raios gama, bem como ricochetear fótons de baixas energias, tornando-os muito mais energéticos. Com o lançamento do Fermi Large Area Telescope (LAT) em 2008, a observação de novos fenômenos astrofísicos tornou-se possível. A sensitividade sem precedentes do Fermi-LAT na banda de 100 MeV - 500 GeV permitiu a detecção de mais de 5000 fontes de raios gama ao longo de mais de uma década de operações, número este que continua crescendo. Nesta tese de doutorado, nós usamos o potencial do Fermi-LAT de duas maneiras diferentes. Na primeira metade da tese, exploramos a emissão de raios gama de aglomerados globulares e de núcleos ativos de galáxias com baixa luminosidade (LLAGNs), ambas as classes ainda pouco compreendidas no domínio dos raios gama. Usando aproximadamente 10 anos de observações, nós conseguimos desvendar alguns dos aspectos dinâmicos que levam à formação de pulsares de milissegundo (MSPs) em aglomerados globulares, e especialmente como encontros estelares nos núcleos desses aglomerados podem levar à formação e/ou desmembramento de sistemas binários compactos que, dependendo de sua configuração, podem evoluir para MSPs emissores de raios gama. Partindo de uma análise similar, nós exploramos os mecanismos de produção de raios gama em LLAGNs, mas dessa vez testando modelos hadrônicos e leptônicos na tentativa de discriminar quais processos astrofísicos de altas energias geram os raios gama que observamos nesses ambientes. Na segunda metade da tese, nós usamos os dados do Fermi-LAT para associar fontes de raios gama às suas contrapartidas no infravermelho. Apesar dos excelentes avanços do Fermi-LAT em relação aos seus predecessores, sua resolução não é alta o suficiente para evitar o problema de associação de contrapartidas de baixas energias. De fato, cerca de 25% das fontes listadas no último catálogo do Fermi-LAT não possuem uma contrapartida óbvia em baixas energias. Para lidar com esse problema, nós trabalhamos com três métodos distintos de identificação de contrapartidas. Primeiro, usamos correlações entre cores no infravermelho e emissão de raios gama para melhor caracterizar os candidatos a contrapartida de blazares do Fermi-LAT. Nós então desenvolvemos um método estatístico alternativo de associação de contrapartidas, onde levamos em conta cores no infravermelho e o comportamento no rádio das possíveis contrapartidas de fontes de raios gama. Por último, realizamos uma busca direta por candidatos a contrapartidas de blazares através de observações espectroscópicas de algumas dezenas de alvos. Os resultados de nossa busca se demonstraram muito promissores, principalmente na associação e seleção de alvos para futuras missões de varredura espectroscópica do céu de altas energias.