Estudo de emissões de alta energia produzidas por campos elétricos de relâmpagos e nuvens de tempestades - Iver Ronald Winkelmann Mendizabal (2014)
Embora teorizada na década de 1920, a emissão de partículas e fótons energéticos por nuvens de tempestade e relâmpagos vem sendo alvo de intenso estudo apenas nas últimas décadas. Essa nova área de pesquisa, denominada como Física Atmosférica de Alta Energia, ganhou grande interesse com a descoberta inicial de flashes de raios gama com origem terrestre, registrados por um dos instrumentos do satélite Observatório Compton de Raios Gama (CGRO). Diversos estudos experimentais e teóricos revelaram muitas características da origem e da produção desse fenômeno, o mais energético produzido em nosso planeta. Entretanto, existem questões fundamentais que permanecem sem resposta. Uma delas é o origem do campo elétrico capaz de acelerar elétrons que possam emitir fótons com energias de até 100 Me V. Neste trabalho, pela primeira vez, explorou-se dados de relâmpago, coletados pelo Sensor Imageador de Relâmpagos (LIS) a bordo do satélite Missão de Medida da Precipitação Tropical (TRMM), conjuntamente com dados de partículas/fótons de alta energia detectados no solo pelos sensores do Observatório Pierre Auger, localizado na Argentina, na procura de tais emissões. Utilizando cinco anos de dados foi realizada uma análise preliminar procurando coincidências com uma diferença máxima de $±$100 MS, resultando apenas 1,72% dos dados do LIS em coincidência com os eventos registrados pelo Auger. Foram implementados testes estatísticos para averiguar se essa percentagem poderia ou não ser resultado de uma associação puramente aleatória. Os testes mostraram que a probabilidade de encontrar coincidências espaço-temporais aleatórias é aproximadamente três vezes menor do que a percentagem encontrada. Para aperfeiçoar a análise, os Grupos foram agrupados em Flashes utilizando-se os critérios tempo-espaciais do LIS, assim o conjunto de dados foi reduzido em 209 Grupos e 209 eventos T3, eventos que estão compostos por 841 registros de tanques individuais. Posteriormente foi analisado o tipo de traço registro de cada tanque, separando-os entre traços produzidos por partículas/fótons (73,9%) e traços produzidos por emissões VHF dos relâmpagos (26,1%). Do total de tanques com traço de emissões VHF 96% foram registradas a uma distância $≤$32$±$4 km da localização dos primeiros Grupos dos Flashes. Por outro lado, cinco tanques com traço de partículas/fótons foram registrados a uma distância $≤$4$±$ 4 km. Uma análise detalhada dos cinco tanques foi realizada devido a duas razões: 1) uma análise comparativa entre distribuições de diferenças espaciais mostrou que todos os registros de tanques com $Δ$s$≤$20 km não eram bem explicados; e 2) a restrição espacial, reportada na literatura, que estabelece o alcance máximo das partículas emitidas pelas nuvens de tempestade em $\sim$500 m. A análise detalhada dos cinco tanques mostrou que a taxa de detecção de partículas/fótons emitidas pelo primeiro Grupo dos Flashes foi de 7,8 x $10^{-5}$. A duração dos registros variou entre 0,27$μ$s e 0,50$μ$s e sua energia ficou entre 489,4 MeV e 2493,2 MeV. O $Δ$t entre eles e os Flashes associados variou entre -31$±$26 $μ$s e 11$±$26 $μ$s e em um dos casos foi possível estabelecer que o Grupo aconteceu antes do registro no tanque.