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In questo lavoro di tesi mi sono dedicato all'espansione e al completamento di un insieme di codici
numerici che simulano la propagazione della componente adronica dei raggi cosmici nel campo
magnetico della Galassia, e successivamente calcolano il flusso diffuso di raggi gamma e neutrini
generato dall'interazione di questa componente con il gas interstellare.
La motivazione principale di questo lavoro risiede nel fatto che molti aspetti della fisica dei raggi
cosmici - come la loro origine e propagazione nella Galassia - non sono ancora ben compresi; i raggi
gamma e i neutrini, che non sono deflessi dai campi magnetici galattici, possono essere usati come
tracciatori di queste particelle. Inoltre, una serie di nuovi osservatori (come GLAST, MAGIC, HESS,
MILAGRO per i gamma e ANTARES, IceCube, NEMO per i neutrini) si prefiggono di studiare queste
radiazioni: un attento lavoro di modellizzazione come quello svolto in questa tesi è necessario per
interpretare i prossimi risultati di questi esperimenti. Oltre a fornire preziose informazioni sulla fisica
dei RC il confronto delle predizioni dei modelli teorici con le future osservazioni potrà facilitare
l’individuazione di fondi extragalattici e un possibile segnale prodotto dall’annichilazione e dal
decadimento della materia oscura.
Il nucleo principale della tesi consiste nel calcolo dei flussi di raggi gamma e neutrini dal piano della
Galassia nella regione tra 1 GeV e 100 TeV circa; ci siamo concentrati solo sulla componente adronica
perché alle basse latitudini galattiche, a causa dell'alta densità di colonna del gas molecolare, essa
dovrebbe essere dominante in un ampio range di energie. I flussi di fotoni vengono poi confrontati in
modo dettagliato con le osservazioni esistenti: nel range tra 4 e 10 GeV sono stati effettuati diversi
confronti al variare degli input fisici dei nostri modelli con le mappe diffuse prodotte dall'esperimento
EGRET, mostrando un buon accordo con i dati sperimentali; nella regione oltre il TeV, sono stati
invece considerati i surveys eseguiti da MILAGRO e H.E.S.S. Per quanto riguarda i flussi di neutrini -
per i quali non esiste ancora una controparte osservativa - vengono discusse brevemente le possibilità
di rivelazione da parte degli esperimenti in fase di costruzione o in progetto come ANTARES, NEMO,
IceCube.
L'approccio che abbiamo adottato è differente per molti aspetti dai lavori già esistenti in letteratura.
In primo luogo, la diffusione dei RC nel campo magnetico turbolento è descritta in modo più realistico
utilizzando dei coefficienti di diffusione dipendenti dalle proprietà locali dei campi magnetici regolare
e turbolento; questi coefficienti presentano quindi una dipendenza dalla posizione, e la loro dipendenza
dalle caratteristiche del campo è calcolata attraverso simulazioni MonteCarlo.
Inoltre, un'attenzione particolare è stata dedicata alla distribuzione del gas interstellare: sono stati
confrontati diversi modelli esistenti in letteratura, discutendone le differenze nelle metodologie e nei
risultati; è stata considerata in modo dettagliato la regione centrale della Galassia, in particolare i 500
pc più interni, poiché questa regione dovrebbe presentare l'emissione più rilevante.
Infine, nell'ultima parte abbiamo discusso il possibile effetto della struttura nebulare del gas sulle
caratteristiche dell'emissione, in particolare sul suo spettro di potenza spaziale.