Os raios cósmicos são partículas atômicas de alta energia bombardeando continuamente a superfície da Terra quase à velocidade da luz. O campo magnético do nosso planeta protege a superfície da maior parte da radiação gerada por essas partículas. Ainda, raios cósmicos podem causar mau funcionamento eletrônico e são a principal preocupação no planejamento de missões espaciais.

Os pesquisadores sabem que os raios cósmicos se originam de uma infinidade de estrelas na Via Láctea, incluindo nosso sol, e outras galáxias. A dificuldade é rastrear as partículas até fontes específicas, porque a turbulência do gás interestelar, plasma, e a poeira faz com que eles se espalhem e se espalhem em diferentes direções.

No AIP Advances , Pesquisadores da Universidade de Notre Dame desenvolveram um modelo de simulação para entender melhor essas e outras características de transporte de raios cósmicos, com o objetivo de desenvolver algoritmos para aprimorar as técnicas de detecção existentes.

A teoria do movimento browniano é geralmente empregada para estudar as trajetórias dos raios cósmicos. Muito parecido com o movimento aleatório das partículas de pólen em uma lagoa, colisões entre raios cósmicos dentro de campos magnéticos flutuantes fazem com que as partículas se propelam em direções diferentes.

Mas esta abordagem de difusão clássica não aborda adequadamente as diferentes taxas de propagação afetadas por diversos ambientes interestelares e longos períodos de vazios cósmicos. As partículas podem ficar presas por um tempo em campos magnéticos, que os atrasam, enquanto outros são lançados em velocidades mais altas por meio de explosões de estrelas.

Para abordar a natureza complexa da viagem de raios cósmicos, os pesquisadores usam um modelo de espalhamento estocástico, uma coleção de variáveis ​​aleatórias que evoluem com o tempo. O modelo é baseado no movimento browniano geométrico, uma teoria de difusão clássica combinada com um ligeiro desvio da trajetória em uma direção.

Em sua primeira experiência, eles simularam raios cósmicos movendo-se através do espaço interestelar e interagindo com nuvens magnetizadas localizadas, representado como tubos. Os raios viajam sem serem perturbados por um longo período de tempo. Eles são interrompidos pela interação caótica com as nuvens magnetizadas, resultando em alguns raios reemitindo em direções aleatórias e outros permanecendo presos.

Análise numérica de Monte Carlo, com base em amostragem aleatória repetida, revelaram intervalos de densidade e forças de reemissão das nuvens magnéticas interestelares, levando a distorção, ou cauda pesada, distribuições dos raios cósmicos em propagação.

A análise denota comportamento superdifusivo acentuado. As previsões do modelo concordam bem com as propriedades de transporte conhecidas em meios interestelares complexos.

"Nosso modelo fornece informações valiosas sobre a natureza de ambientes complexos atravessados ​​por raios cósmicos e pode ajudar no avanço das técnicas de detecção atuais, "disse o autor Salvatore Buonocore.