Study of solar modulation effects on cosmic ray fluxes measured by the AMS experiment

Resumo

Ao atravessarem o sistema solar os raios cósmicos deparam-se com um fluxo de plasma magnetizado altamente condutor que emana do Sol, conhecido como Vento Solar, que transporta o turbulento campo magnético solar e com o qual estes interagem. Devido à atividade solar, a heliosfera está sujeita a variações de curta e longa duração que se refletem no fluxo de raios cósmicos na forma de variabilidade temporal, especialmente a baixas energias (até cerca de 50 GeV), na proximidade da Terra.

Esta variabilidade da intensidade de raios cósmicos na heliosfera é conhecida como Modulação Solar dos Raios Cósmicos Galácticos. O Espectrómetro Magnético de Partículas Alfa (AMS-02) é um detetor de raios cósmicos de alta precisão instalado na Estação Espacial Internacional (ISS) que observa continuamente o fluxo de raios cósmicos e as suas variações no tempo, posicionando-se como uma plataforma única para estudar Modulação Solar. Nesta tese caracterizou-se de forma introdutória os raios cósmicos e relevou-se AMS enquanto o detetor usado para os observar e estudar.

Estudou-se a estimativa do fluxo de raios cósmicos em grande detalhe enquanto se analisou o desempenho dos diferentes sub-detetores envolvidos. Descreveu-se o processo através do qual se utilizou a grande precisão de AMS e dos seus sub-detetores para identificar as astro-partículas que esta deteta e como foi estimado o fluxo resolvido em tempo com uma resolução de 27 dias (conhecida como rotação solar Bartel). Foi introduzido o processo físico da Modulação Solar e apresentou-se uma revisão da equação de transporte de Parker e as suas ligações ao campo magnético solar através dos parâmetros de propagação.

Utilizando técnicas modernas de análise de frequências, caracterizou-se o fluxo de protões resolvido no tempo, quer no domínio do tempo quer das frequências, e correlacionouse o mesmo com as diferentes periodicidades temporais presentes no Ciclo de Atividade Solar. 2 Usando um modelo do transporte de raios cósmicos na heliosfera, em combinação com uma grande coleção de dados experimentais, mostrou-se evidência de um atraso temporal de 8 meses entre as observações do ciclo de atividade solar e o fluxo de raios cósmicos medido no espaço. Este resultado permite prever o fluxo de raios cósmicos na Terra através da observação da atividade solar.