Estudo da dinâmica de jatos em surtos de raios gama através de simulações MHD relativísticas

Surtos de raios gama (GRBs) são as explosões mais luminosas no universo, e ocorrem em distâncias cosmológicas. Nessas explosões há a liberação de uma significante quantidade de energia ( 1053 ergs) na forma de fótons de alta energia (emissão gama) durante até algumas dezenas de segundos. Depois da emissão em gama observa-se emissão nos demais comprimentos de onda como raios-X, óptico e rádio, e essa emissão é chamada de “afterglow”. Atualmente é bem estabelecido que a emissão do afterglow é síncrotron, enquanto a emissão inicial em gama ainda seja alvo de debate e pesquisa. Os modelos para a emissão dos GRBs preveem uma ejeção colimada na forma de um jato relativístico. Um forte campo magnético na região chocada do jato ( 1G), com grandes comprimentos de coerência, é necessário para reproduzir o espectro síncrotron do afterglow. Apesar do desenvolvimento teórico recente, os modelos são falhos para reproduzir ao mesmo tempo as intensidades desejadas do campo magnético e o comprimento de coerência em modelos onde a dinâmica é dominada pela matéria. Neste trabalho abordamos o problema descrito acima a partir de estimativas analíticas e simulações numéricas bidimensionais e tridimensionais MHD relativísticas. Assumimos que um jato cônico com ângulos de abertura de 0◦, 10◦, 20◦, e densidades de 10−4 a 102 da densidade ambiente, propaga em um ambiente fracamente magnetizado. No modelo bidimensional uma porção considerável do material acarreta um empilhamento das linhas de campo magnético na frente de choque, o que tem como consequência a amplificação. Esse empilhamento é máximo quando ! 0◦. Essa amplificação é maior do que por simples compressão no choque como previsto pelas relações de Rankine-Hugoniot relativísticas. Nesse modelo bidimensional a amplificação desejada (Bmax/Bamb  106) pode ser obtida a distâncias  109 − 1017cm da fonte, como requeridas para os afterglows dos GRBs, se considerarmos campos magnéticos típicos de  μG para o meio ambiente. No caso tridimensional n´os mostramos porém que o efeito de empilhamento decai drasticamente, saturando muito mais rapidamente. O comprimento de coerência do campo magnético, entretanto, não parece sensível à mudança no número de dimensões, pois é influenciado pela compressão atrás do choque, e por isso mesmo depende fortemente da razão entre a densidade do jato e do meio ambiente. Jatos mais pesados mostram comprimento de coerência maior em comparação aos mais leves, embora menores do que os valores requeridos pelas observações. Por outro lado, comprimentos de coerência maiores são encontrados para ângulos de abertura menores no caso de jatos bidimensionais, enquanto que no caso de jatos tridimensionais essa dependência com o ângulo de abertura parece não existir.