Efeitos cinéticos na propagação das ondas de Alfvén em um plasma empoeirado espacial

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: De Toni, Luan Bottin
• Orientador(a): Gaelzer, Rudi
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Fotoionizacao; Plasmas empoeirados; Ondas de Alfvén em plasma
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/291116

Utilizamos um modelo derivado da teoria cinética para um plasma empoeirado, magnetizado e homogêneo a fim de realizar uma análise numérica da relação de dispersão linearizada das ondas eletromagnéticas. Os grãos de poeira são considerados imóveis e exibem carga elétrica variável devido ao processo de absorção das partículas do plasma, as quais possuem distribuições Maxwellianas de velocidades, e ao processo de fotoionização da poeira causado pela exposição à radiação eletromagnética. Os parâmetros considerados são típicos de ventos estelares de estrelas ricas em carbono. O trabalho dá ênfase às mudanças que os parâmetros da poeira provocam na propagação e amortecimento das ondas de Alfvén, já que essas ondas são responsáveis por diversos fenômenos em plasmas espaciais, incluindo processos de aquecimento e aceleração de partículas que ocorrem em ventos estelares. O estudo foi realizado para ondas de Alfvén com propagação paralela e oblíqua ao campo magnético ambiente. Os resultados mostram que a fotoionização altera significativamente a dispersão e as taxas de amortecimento dessas ondas, mesmo quando a poeira mantém carga negativa. No caso de propagação paralela, o desacoplamento entre modos de Alfvén depende do estado de carga elétrica da poeira. Já em propagação oblíqua, a radiação incidente reduz a região de não propagação e diminui as taxas absolutas de amortecimento. A análise também revelou que parâmetros como densidade de poeira, fluxo de radiação e temperatura estelar influenciam diretamente as propriedades das ondas. Estudamos ainda as mudanças provocadas nas velocidades de grupo dos dois modos. Ambos os modos apresentam diversas alterações em suas características quando variamos parâmetros relacionados à população de poeira. Além disso, o impacto de distribuições de tamanho da poeira, modeladas por uma lei de potência, foi explorado, considerando ambientes como ventos estelares de estrelas ricas em carbono e a magnetosfera terrestre. Foi observado que a parte real da frequência e as taxas de amortecimento das ondas de Alfvén podem variar significativamente dependendo do ambiente e do expoente da distribuição. Essas variações destacam o impacto da distribuição de tamanhos de poeira na dispersão das ondas em diferentes contextos espaciais. Por fim, o estudo explorou a evolução temporal do potencial elétrico de grãos de poeira e das densidades de partículas do plasma, considerando a absorção de elétrons e íons pelos grãos. Inicialmente, o modelo OML (movimento orbital limitado) foi usado, mas, para evitar a neutralização do potencial, foram adicionadas fontes e sumidouros de partículas em uma região finita. Observou-se que regiões maiores resultam em menores densidades de equilíbrio e potenciais mais negativos. Ao escrever o modelo de forma a analisar a evolução temporal das funções distribuição do plasma, notamos que para os elétrons, a densidade reduz mais em altas velocidades; enquanto para os íons, a maior variação ocorre em velocidades menores. No geral, os resultados deste trabalho indicam que a presença de poeira em plasmas espaciais tem um efeito significativo nas características das ondas de Alfvén geradas por flutuações do campo magnético ambiente. Essas descobertas podem ser úteis para uma melhor compreensão dos processos de aquecimento e fluxo de energia nesses ambientes.