Rayos cósmicos en la época de reionización del Universo

Abstract

Contexto. Uno de los problemas abiertos más importantes de la Cosmología actual es el de las fuentes responsables de la ionización y calentamiento del medio intergaláctico durante el Amanecer Cósmico. La radiación de las galaxias no sería suficiente para mantener la ionización del medio a gran escala, por lo que se han propuesto diferentes alternativas, entre ellas los rayos cósmicos producidos por las mismas. Objetivos. En esta Tesis investigamos la ionización producida por las cascadas electromagnéticas iniciadas por los electrones de los rayos cósmicos, en un escenario estándar de reionización. Ponemos énfasis en la contribución de las partículas secundarias y en las interacciones Compton inversa y fotoionización, que no han sido estudiadas exhaustivamente con anterioridad. Métodos. Resolvemos mediante métodos numéricos la ecuación de transporte para las partículas que comprenden las cascadas. Calculamos la tasa de ionizaciones y la distribución de energía entre las partículas y el medio a lo largo de este proceso. Resultados. Hallamos que para bajas energías de los electrones (keV) el mecanismo dominante es la ionización colisional; las contribuciones de la interacción Compton inversa y la fotoionización no son relevantes. A energías intermedias 2(MeV) la mayoría de las partículas escapan reduciendo la tasa de ionizaciones. A altas energías (decenas de MeV) la fotoionización se vuelve dominante aumentando la tasa en forma apreciable. Conclusiones. Nuestros resultados refuerzan los de autores previos en el sentido de que la ionización del medio intergaláctico se realiza en dos etapas: los electrones de alta energía transportan la misma lejos de la fuente, mientras que los de baja energía la depositan localmente en forma de ionizaciones colisionales. La existencia de un mecanismo de enfriamiento, en nuestro caso la dispersión Compton inversa, es crucial para que este proceso tenga lugar. Además, mostramos por primera vez que la fotoionización puede realizar una aporte relevante a altas energías.