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@PhDThesis{Jesus:2022:TuMaFi,
               author = "Jesus, Lorena do Carmo",
                title = "Turbulence and magnetic fields in the interstellar regions",
               school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
                 year = "2022",
              address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
                month = "2022-01-19",
             keywords = "MHD turbulence, interstellar medium, polarization, MHD simulation, 
                         statistics, turbul{\^e}ncia magnetohidrodin{\^a}mica, meio 
                         interestelar, polariza{\c{c}}{\~a}o, simula{\c{c}}{\~o}es 
                         num{\'e}ricas, estat{\'{\i}}stica, flutua{\c{c}}{\~o}es 
                         s{\'{\i}}ncrontron.",
             abstract = "Magnetic fields and turbulence are ubiquitous in the interstellar 
                         medium and several astrophysical processes. However, despite the 
                         importance of magnetized turbulence, a full theoretical framework 
                         remains unavailable. Observations provide only limited 
                         line-of-sight information on densities, temperatures, velocities 
                         and magnetic field strengths and, therefore, understanding 
                         astrophysical turbulence is challenging. In addition, based on the 
                         recent discovery of the use of intensity and synchrotron 
                         polarization gradient vectors to obtain the morphology of the 
                         magnetic field, this thesis presents a new way to acquire 
                         information: the level of magnetization in different astrophysical 
                         environments. In order to perform that, we use 
                         magnetohydrodynamic, isothermal simulations of turbulence, with 
                         Alfv{\'e}nic Mach numbers of MA 2 [0.2, 1.7]. From these 
                         numerical data, we generate synchrotron maps and two methods, 
                         named Top-Base and circular statistics, were applied to the 
                         distributions of polarization and intensity gradient angles. In 
                         addition, using an error analysis on the synthetic data via 
                         Bayesian statistics, both methods were analyzed under different 
                         conditions, such as: signal-to-noise ratio of the data, influence 
                         of the Faraday rotation effect, different measurements of the 
                         projection in the line-of-sight with respect to the magnetic 
                         field. The error analysis showed that the Top-Base method is not 
                         suitable for signal-to-noise ratios S/R . 15. For the circular 
                         statistics method, the determination of MA can be applied down to 
                         S/R 5. The Faraday rotation effect was also considered for 
                         different frequencies, showing an efficiency of both methods even 
                         for regions where the Faraday depolarization is intense. We also 
                         studied the effect of the line-of-sight projection in different 
                         configurations and obtained that MA can be successfully recovered. 
                         We conclude that the new techniques can successfully reconstruct 
                         the magnetization level for different astronomical observations. 
                         This work opens an avenue for applying our new techniques to 
                         synchrotron data cubes and a large number of forthcoming data sets 
                         from diferent radiotelescopes, such as: Low-Frequency Array for 
                         Radio astronomy (LOFAR), the Square Kilometer Array (SKA) and the 
                         Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope (FAST). 
                         RESUMO: O efeito de turbul{\^e}ncia e a exist{\^e}ncia de campos 
                         magn{\'e}ticos s{\~a}o onipresentes no meio interestelar e em 
                         diversos processos astrof{\'{\i}}sicos. Entretanto, apesar de 
                         sua import{\^a}ncia, uma teoria capaz de explicar as propriedades 
                         da turbul{\^e}ncia magnetizada continua inexistente. Al{\'e}m 
                         disso, as observa{\c{c}}{\~o}es astron{\^o}micas fornecem 
                         apenas informa{\c{c}}{\~o}es limitadas sobre densidades, 
                         temperaturas, velocidades e intensidades do campo magn{\'e}tico 
                         projetados na linha de visada, o que torna a compreens{\~a}o de 
                         turbul{\^e}ncia magnetohidrodin{\^a}mica no contexto 
                         astrof{\'{\i}}sico ainda mais desafiadora. Baseada na recente 
                         descoberta da utiliza{\c{c}}{\~a}o dos vetores gradiente de 
                         intensidade e gradiente de polariza{\c{c}}{\~a}o 
                         s{\'{\i}}ncrotron para obter a morfologia do campo 
                         magn{\'e}tico, esta tese apresenta um novo modo de determinar o 
                         n{\'{\i}}vel de magnetiza{\c{c}}{\~a}o em diferentes ambientes 
                         astrof{\'{\i}}sicos. Para isso, n{\'o}s utilizamos 
                         simula{\c{c}}{\~o}es num{\'e}ricas magnetohidrodin{\^a}micas 
                         tridimensionais, turbulentas, apresentando os casos sub e super- 
                         Alfv{\'e}nicos, com n{\'u}meros Alfv{\'e}nicos de Mach MA 2 
                         [0.2, 1.7]. A partir dos resultados num{\'e}ricos, n{\'o}s 
                         constru{\'{\i}}mos mapas sint{\'e}ticos s{\'{\i}}ncrotron e 
                         dois m{\'e}todos conhecidos como Top-Base e estat{\'{\i}}stica 
                         circular foram aplicados {\`a}s distribui{\c{c}}{\~o}es dos 
                         {\^a}ngulos dos gradientes de polariza{\c{c}}{\~a}o e 
                         intensidade. Al{\'e}m disso, utilizando uma an{\'a}lise de erros 
                         via estat{\'{\i}}stica bayesiana, ambos os m{\'e}todos foram 
                         analisados em diferentes condi{\c{c}}{\~o}es observacionais, 
                         tais como: rela{\c{c}}{\~a}o sinal/ru{\'{\i}}do dos dados, 
                         influ{\^e}ncia do efeito de rota{\c{c}}{\~a}o Faraday, 
                         diferentes medidas de proje{\c{c}}{\~a}o da linha de visada com 
                         respeito ao campo magn{\'e}tico. Em rela{\c{c}}{\~a}o {\`a} 
                         an{\'a}lise de erros, o m{\'e}todo de Top-Base n{\~a}o {\'e} 
                         adequado para raz{\~o}es de sinal-ru{\'{\i}}do S/R . 15. Para o 
                         m{\'e}todo de estat{\'{\i}}stica circular, a 
                         obten{\c{c}}{\~a}o de MA {\'e} vi{\'a}vel {\`a} raz{\~o}es 
                         sinal/ru{\'{\i}}do at{\'e} S/R 5. Em nossa an{\'a}lise, o 
                         efeito de rota{\c{c}}{\~a}o de Faraday foi considerado para 
                         diferentes frequ{\^e}ncias, apresentando uma efici{\^e}ncia de 
                         ambos os m{\'e}todos mesmo para regi{\~o}es onde a 
                         depolariza{\c{c}}{\~o}es de Faraday {\'e} intensa. Tamb{\'e}m 
                         analisamos o efeito de diferentes linhas de visadas com 
                         rela{\c{c}}{\~a}o ao campo magn{\'e}tico m{\'e}dio e, para as 
                         diferentes configura{\c{c}}{\~o}es, ambas t{\'e}cnicas foram 
                         bem sucedidas. A partir destes resultados, pode-se concluir as 
                         novas t{\'e}cnicas propostas nesta tese podem reconstruir com 
                         sucesso o n{\'{\i}}vel de magnetiza{\c{c}}{\~a}o para 
                         diferentes observa{\c{c}}{\~o}es astron{\^o}micas. Este 
                         trabalho abre um caminho para a aplica{\c{c}}{\~a}o de nossas 
                         novas t{\'e}cnicas a cubos de dados s{\'{\i}}ncrotron 
                         provenientes de diferentes facilidades observacionais, tais como: 
                         o Low-Frequency Array for Radio astronomy (LOFAR), o Square 
                         Kilometer Array (SKA).",
            committee = "Jablonski, Francisco Jos{\'e} (presidente) and Gon{\c{c}}alves, 
                         Diego Antonio Falceta (orientador) and Miranda, Oswaldo Duarte and 
                         Wuensche, Carlos Alexandre and Kowal, Grzegorz and Franco, Gabriel 
                         Armando Pellegatti",
         englishtitle = "Turbul{\^e}ncia e campos magn{\'e}ticos em regi{\~o}es 
                         interestelares",
             language = "en",
                pages = "124",
                  ibi = "8JMKD3MGP3W34R/465F7R8",
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        urlaccessdate = "18 abr. 2024"
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