The most energetic particles that have ever been detected in the Universe are the ultrahigh energy cosmic rays. These fascinating particles originating from outer space are composed of protons and heavier nuclei with energies exceeding 1 EeV (10¹⁸ eV). The identification of astrophysical sources that accelerate these nuclei up to the highest energies is hindered by cosmic magnetic fields responsible for the deflection of charged particles. Although the trajectories of ultra-high energy cosmic rays do not point straight towards the acceleration sites, their distribution of arrival directions can provide essential information to understand their origin. In particular, the Pierre Auger Observatory has recently measured a dipolar modulation in the large-scale anisotropies pointing almost to the opposite direction of the Galactic Center, which is an important piece of evidence of an extragalactic origin. In this work, we further develop the understanding about the impact of astrophysical hypotheses in modeling the amplitude of the dipole measured by the Pierre Auger Observatory. We simulated the propagation of five representative stable primaries from nearby galaxies (three active galactic nuclei and 19 starburst galaxies) and from an random distribution of background sources taking into account extragalactic magnetic fields and relevant energy loss processes. The simulations were performed using the state-of-the-art propagation code CRPropa 3. We obtained how the amplitude of the dipole behaves as a function of the energy for three sets of nearby galaxies and three luminosities of the sources so that we could encompass reasonable hypotheses of ultrahigh energy cosmic ray sources. We also changed the density of the random distribution of background sources. For each density, a chi-square statistical test was used to compare the amplitude of the dipole obtained from the simulations with the measurements of the Pierre Auger Observatory. The density of background sources was considerably constrained regardless of the source model used.

As partículas mais energéticas já detectadas no Universo são os raios cósmicos ultraenergéticos. Essas partículas fascinantes vindas do espaço são compostas por prótons e núcleos mais pesados com energias superiores a 1 EeV (10¹⁸ eV). A identificação das fontes astrofísicas que aceleram esses núcleos até as mais altas energias é dificultada pelos campos magnéticos cósmicos responsáveis pela deflexão de partículas carregadas. Embora as trajetórias dos raios cósmicos ultra-energéticos não apontem diretamente para os locais de aceleração, a distribuição de suas direções de chegada pode fornecer informações essenciais para entender sua origem. Em particular, o Observatório Pierre Auger mediu recentemente uma modulação dipolar nas anisotropias de grande escala, apontando quase na direção oposta ao Centro Galáctico, o que é uma evidência importante de origem extragaláctica das partículas. Neste trabalho, aprofundamos a compreensão sobre o impacto das hipóteses astrofísicas na modelagem da amplitude do dipolo medida pelo Observatório Pierre Auger. Simulamos a propagação de cinco primários estáveis representativos de galáxias próximas (três núcleos ativos de galáxias e 19 galáxias de starburst) e de uma distribuição aleatória de fontes de fundo, levando em consideração os campos magnéticos extragalácticos e processos relevantes de perda de energia. As simulações foram realizadas usando o código de propagação CRPropa 3. Obtivemos como a amplitude do dipolo se comporta em função da energia para três conjuntos de galáxias próximas e três luminosidades das fontes, de modo que pudéssemos abranger hipóteses razoáveis de fontes de raios cósmicos ultra-energéticos. Também modificamos a densidade da distribuição aleatória de fontes de fundo. Para cada densidade, um teste estatístico qui-quadrado foi usado para comparar a amplitude do dipolo obtida nas simulações com as medidas do Observatório Pierre Auger. A densidade de fontes de fundo foi consideravelmente restrita, independentemente do modelo de fonte utilizado.