El objetivo de esta tesis es ampliar nuestra comprensión de la física de dos
clases de fuentes astrofísicas entre las más importantes emisoras de radiación
no-térmica: blazars y púlsares. En particular, la tesis relata sobre la
observación del blazar B3 2247 381 y el púlsar del Cangrejo.
Este estudio se llevó a cabo mediante la medición de rayos gamma por encima de
~50 GeV con los telescopios MAGIC.
Las dos clases de fuentes incluidas en esta tesis no están fuertemente
relaccionadas, sin embargo, representan dos ejemplos interesantes de cómo
observaciones de rayos gamma en una gama de energía cerca del umbral de MAGIC
puedan conducir a avances en la comprensión de los mecanismos de emisión, y a
veces a descubrimientos sorprendentes.
Los blazares son galaxias activas con un chorro relativista propulsado por su
agujero negro central y dirigido hacia el observador. La emisión de rayos gammas
procede de partículas cargadas aceleradas en el chorro.
El tipo de partículas aceleradas, la posición de la emisión y el mecanismo de
aceleración son algunas de las preguntas abiertas sobre los blazars. Además, su
observación puede proporcionar límites sobre la luz de fondo extragaláctica
(EBL), importante para comprender la formación y evolución de las primeras
galaxias.
B3 2247+381 ya se observó con MAGIC en el modo monoscópico en 2006, pero no fue
detectado. En 2009, el comienzo de las observaciones estereoscópicas mejoró la
sensibilidad de MAGIC, y se propuso su re-observación. Se detectó en Octubre de
2010, conseguentemente se determinó su espectro por encima de 200 GeV. No se
encontró variabilidad.
Esta evidencia, junto con las observaciones en otras longitudes de onda, se
interpretó mediante un simple modelo Synchrotron Self Compton (SSC) a una zona
con parámetros similares a los adoptados por otros blazars.
Aunque B3 2247+381 no sea una fuente sorprendente,estos resultados conferman de
la validez de modelo SSC y amplian la base de datos disponibles para estudios de
EBL y de población.
Los púlsares son estrellas de neutrones altamente magnetizadas, que girando
emiten pulsos de radiación electromagnética en todas las longitudes de onda.
Hasta hace poco, no se había detectado ningun púlsar por encima de 100 GeV, de
acuerdo con la las predicciones del modelo “outer gap” (OG) de un corte
exponencial en el espectro de energía alrededor de algunos GeV.
MAGIC observó el púlsar del Cangrejo entre 2009 y 2011, recogiendo 73 horas de
datos stereo de buena calidad. Un plug-in para el software de timing TEMPO2 fue
escrito para calcular las fases de los succesos mediante efemérides radio. La
análisis fue adaptada para obtener un bajo umbral de energía.
Una pulsación significativa (>6.8 sigma) se detectó en el rango de energía
46-416 GeV. La curva de luz presenta dos picos (P1 y P2), en línea con los de
energías más bajas, pero más estrechos y con proporción P1/P2 de 0,5.
Los espectros de energía resueltos en fase continuan como una ley de potencia
con un índice espectral de ~-4 hasta las energías más altas, en fuerte
desacuerdo con todas predicciones. Un modelo OG ampliado interpreta esta emisión
como procedente de inverse Compton scattering por pares secundarios y terciarios
sobre fotones IR/UV. Otras explicaciones existen, algunas predicen
características espectrales comprobables con más observaciones. Queda para
averiguar si el Púlsar del Cangrejo es único en su clase o si la emisión de
rayos gamma hasta centenares de GeV está presente en otros púlsares.
Durante el transcurso de esta tesis también he trabajado activamente en el
para la actualización de la camera y del sistema de lectura de datos de
MAGIC, que asegurará observaciones más eficientes y más estables. / The goal of this thesis is to expand our understanding of the physics of two
astrophysical source classes amongst the most prominent emitters of non-thermal
radiation: blazars and pulsars. In particular, the thesis reports the
observation of the blazar B3 2247+381 and the Crab pulsar.
This study was carried out by measuring gamma-ray emission above ~50 GeV from
these sources with the MAGIC telescopes.
The two source classes covered in this thesis are not closely related,
however they represent two interesting examples of how gamma-ray observations
between 50 and few hundreds of GeV, an energy range close to the threshold of
MAGIC, can lead to advancements in the understanding of the emission mechanisms,
and sometimes to surprising discoveries.
Blazars are a type of active galaxies with a relativistic jet powered by their
central black hole and directed towards the observer. Gamma-ray emission
originates from charged particles accelerated in the jet.
The nature of the accelerated particles, the position of the emission and the
acceleration mechanism are some of the open questions about blazars.
Furthermore, their observation can provide indirect limits on the extragalactic
background light (EBL), important for understanding early galaxy formation and
evolution.
B3 2247+381 was observed already by MAGIC in monoscopic mode in 2006, but eluded
detection. In 2009, the commencement of stereoscopic observations enhanced the
sensitivity of MAGIC, so it was proposed for re-observation. It was detected in
October 2010, leading to the determination of its spectrum above 200 GeV. No
significant variability could be found.
This evidence, together with observations at other wavelengths, is interpreted
using a simple one-zone Synchrotron Self Compton (SSC) model, with parameters
similar to those adopted for other blazars.
Even if B3 2247+381 was not a surprising source, these results confirm the
validity of SSC models and enlarge the data base to be used in EBL and blazar
population studies.
Pulsars are highly magnetized, rotating neutron stars that emit periodic
radiation at all wavelengths. Until recently, no pulsar was detected above 100
GeV, in agreement with the “outer gap” (OG) model predictions of an exponential
cutoff in the energy spectrum at few GeV. For the Crab pulsar however, the
presence of said cutoff was questioned in 2010 by MAGIC monoscopic measurement.
MAGIC observed the Crab pulsar in stereoscopic mode between 2009 and 2011,
collecting 73 hours of good quality data. A plug-in for the TEMPO2 timing
software was written to calculate the event phases using radio ephemerides. The
analysis cuts were customized to obtain the lowest energy threshold possible.
A significant pulsation (>6.8 sigma) was detected in the energy range 46 - 416 GeV.
The folded light curve shows two peaks (P1 and P2), aligned with the ones at
lower energies, but narrower and with P1/P2 ratio of ~0.5.
The phase-resolved gamma-ray energy spectra continue as a power-law with a
spectral index ~-4 up to the highest energies, in stark disagreement with all
predictions. An extended OG model interprets this emission as high-altitude
inverse Compton scattering of secondary and tertiary pairs on IR/UV photons.
Other explanations exists, some predicting spectral features testable with
further MAGIC observations. It remains to be understood if the Crab pulsar is
unique in its kind or if gamma-ray emission up to hundreds of GeV is present in
other pulsars.
During the course of this thesis I was also actively involved the work for the
MAGIC camera and readout upgrade, which will assure more efficient and stabler
observations in the future.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:TDX_UAB/oai:www.tdx.cat:10803/116193 |
| Date | 21 February 2013 |
| Creators | Giavitto, Gianluca |
| Contributors | Cortina Blanco, Juan, Mazin, Daniel, Fernandez, E. (Fernández Sánchez, Enrique), Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física |
| Publisher | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Source Sets | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Language | Catalan |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | 173 p., application/pdf |
| Source | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi queda condicionat a l'acceptació de les condicions d'ús establertes per la següent llicència Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/ |
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