Multi-wavelength characterization of the Very High Energy blazar OT 081

Abstract

La astronomía de rayos gamma de muy alta energía (VHE, E > 100 GeV) comenzó hace muy poco tiempo, detectándose la primera fuente de VHE hace tan solo 28 años. Desde entonces, la astronomía de VHE solo se ha desarrollado como experimentos con sensibilidad limitada (ahora en construcción el primer observatorio para VHE, CTA). Dado que la atmósfera terrestre es opaca a este tipo de radiación, ha sido necesario el estudio de estos rayos gamma en altas energías (HE, 100 MeV < E < 100 GeV) con satélites desde el espacio, así como el desarrollo de técnicas de detección indirectas basadas en el efecto Cherenkov para la detección desde tierra de estos rayos gamma en VHE. A este tipo de telescopios se les llama telescopios tipo Cherenkov o IACTs por sus siglas en inglés, Imaging Atmospheric Cherenkov Telescope, siendo los que tenemos en la actualidad de últimas generaciones los llamados MAGIC, HESS y VERITAS. El cielo en el rango de VHE todavía se encuentra muy inexplorado, estando el cielo extragaláctico de VHE compuesto solo de 72 objetos (66 de ellos son blazars) y la mayoría de ellos solo detectables durante los estados alta emisión o ares. Por lo tanto, en el dominio de rayos gamma de VHE todavía estamos en la fase de descubrimiento, de modo que el estudio de cada fuente individual es importante. En concreto, el blazar OT081 o también llamado PKS 1749+096, fue seleccionado como un buen candidato VHE basado en sus características de longitud de onda múltiple. Fue detectado en rayos gamma de VHE en 2016 con los telescopios MAGIC durante un are que observó el satelite Fermi-LAT. También fue observado en rayos X por el satélite Swift. Del mismo modo se observa una posible correlación con el óptico al detectarse este mismo are en la banda del visible. Los blazars son un tipo de Núcleo Activo de Galaxía en el que hay presencia de jets y que se caracteriza porque el eje de dicho jet está apuntando en la misma dirección que nuestra línea de visión. Este tipo de AGN (Active Galactic Nucleus, por sus siglas en inglés) son muy útiles a la hora de estudiar la emisión en el jet y cómo se están generando los rayos gamma que luego detectamos en tierra con IACTs y en el espacio con satélites. Típicamente se ha visto que los blazars emiten en todas las frecuencias (desde radio hasta rayos gamma) aunque el radio se cree que se localiza en las partes más externas del jet, separado del resto de bandas de energía que se situarían en partes más internas. Esta emisión del jet que se visualiza en la SED (Spectral Energy Distribution, por sus siglas en inglés) se puede modelar teniendo en cuenta varios procesos acordes a dos tipos de escenarios distintos: el leptónico y el hadrónico (o la combinacion de ambos, denominado lepto-hadronicos). Esta distinción se hace básicamente para explicar el origen de la emisión de más alta energía, siendo la de más baja energía ya establecida y producida por radiación tipo Synchrotron. En este trabajo, se realizará un análisis detallado de los datos de MAGIC. También analizaremos las observaciones de rayos gamma de alta energía del instrumento LAT a bordo del satélite de rayos gamma Fermi. La emisión de rayos gamma se estudiará en el contexto de las observaciones multifrecuencia desde la banda de radio hasta los rayos gamma. Por último, analizaremos las propiedades de la distribución espectral de energía y probaremos el escenario teórico Synchrotron Self-Compton (SSC) para estas observaciones. El esquema detallado de lo que se incluye en cada sección de este trabajo se muestra a continuación: La Sección 1 muestra una introducción de la astrofísica de rayos gamma y sus procesos de producción, focalizandose en la física de los AGNs y los distintos modelos que abordan la emisión de los jets junto con la absorción que se produce desde que esta radiación se emite en la fuente hasta que llega a nuestros detectores. Asímismo, explica en qué se basa la técnica de detección indirecta de estos rayos gamma desde tierra por el efecto Cherenkov y una breve descripción de los telescopios con los que se han tomado los datos y sus características principales, tanto de Fermi en el rango HE como de MAGIC a VHE. La Sección 2 detalla las motivaciones y objetivos principales de este trabajo y un resumen de los estudios que se han publicado acerca de nuestra fuente. La Sección 3 expone los dos tipos de análisis de datos realizados de nuestra fuente, tanto para los telescopios MAGIC como para el satélite Fermi. Explica de forma detallada las rutinas utilizadas dentro de cada software y los pasos realizados para poder obtener las curvas de luz y las distribuciones espectrales de energía durante el período de tiempo que dura el estallido o are. La Sección 4 describe los resultados obtenidos a partir de los dos análisis previos junto con datos de otras frecuencias (desde radio hasta rayos X). A partir de esas medidas y de la construcción de una curva de luz y una distribución espectral de energía, ambas en multi-frecuencia, se discuten las características del are y cómo ha variado el ujo respecto al estado de reposo (low state) de nuestra fuente. En el caso de la distribución espectral de energía en multi-frecuencia, se explora la variabilidad en la clasi cación del tipo de blazar para nuestra fuente a través de la proporción entre la emisión de más alta energía con respecto a la de más baja energía. Además, en esta sección se incluye el modelado a la emisión del jet a partir de nuestros datos escogiendo el escenario de Synchrotron Self-Compton (SSC), obteniendo así varios de los parámetros físicos que describen la emisión. Finalmente se compara el ajuste de este modelo con los resultados de otra fuente del mismo tipo que la nuestra, a la que los autores de ese estudio también han aplicado un modelo SSC. La Sección 5 presenta las conclusiones extraídas de ambos análisis y de los estudios realizados, además de las mejoras en el ajuste al modelo SSC que se podrían aplicar para continuar con estudio del blazar OT 081. La Sección 6 naliza con las perspectivas futuras que se esperan de cara a la astrofísica de rayos gamma y el estudio de estas fuentes desde tierra con las nuevas generaciones de telescopios tipo Cherenkov. Este trabajo también cuenta con un apéndice grá co donde se recoge una gura de mayor tamaño para una mejor visualización de la misma, así como los agradecimientos y una bibliografía donde se encuentran enumeradas todas las referencias a los artículos, páginas web y recursos que han sido consultadas.