Study of periodic emissions in active galactic nuclei using gamma-rays

Resumen

El estudio de los núcleos galácticos activos (AGN, siglas según su acrónimo en inglés) ha sido objeto de una intensa investigación durante las últimas décadas. Estos objetos son emisores muy energéticos situados en el centro de algunas galaxias. Los AGN se caracterizan por tener un agujero negro súper masivo en su centro, rodeado de un disco de acreción que interactúa con él. Un subconjunto de estos centros galácticos generan haces colimados que se extienden perpendicularmente a la posición del disco de acreción a distancias equivalentes al tamaño de la galaxia anfitriona. Los AGN emiten en todo el rango del espectro electromagnético, desde rayos gamma a ondas de radio. En algunos casos, estas emisiones presentan una alta variabilidad, siendo detectadas en diferentes escalas de tiempo, incluyendo variaciones a escales de tiempo largas (meses o años), o a escalas cortas (semanas o días). Estos rayos ¿ emitidos por los AGN se observan mediante dos tipos de instrumentos diferentes. La detección directa es realizada por medio de satélites. En nuestro caso, utilizamos el satélite Fermi. En un segundo escenario, la detección de rayos ¿ se realiza de forma indirecta, utilizando telescopios Cherenkov. En este último caso, esta tesis se centra en dos observatorios Cherenkov: ¿Cherenkov Telescope Array¿ (CTA) y MAGIC. Uno de los objetivos principales del observatorio CTA es mejorar la sensibilidad de detección de rayos ¿ en un orden de magnitud, en comparación con los observatorios Cherenkov actuales. Ampliar la cobertura de energía (de 20 GeV hasta 300 TeV) también es un objetivo importante. Para conseguir esto, de han diseño telescopios de diferentes características: de gran tamaño (LST, siglas según su nombre en inglés), telescopios de tamaño intermedio (MST, siglas según su nombre en inglés) y telescopios de pequeño tamaño. Los LSTs, que se centran en las energías más bajas, funcionan en una región dominada por la contaminación producida por la luz del cielo nocturno. Para reducir el ruido, las cámaras de los LSTs solo leen datos si al menos dos de ellas se han activado en una ventana de coincidencia en el tiempo predefinida. En esta tesis, se han desarrollado diferentes procedimientos que implementan una serie de funcionalidades imprescindibles para el correcto funcionamiento de estos subsistemas de las cámaras de los LST y de los MST. Como se mencionó anteriormente, la variabilidad es una propiedad relevante asociada a algunos AGN. La detección de patrones temporales en curvas de luz de rayos gamma de AGN sigue siendo una tarea a abordar en Astrofísica. Se ha caracterizado la emisión temporal de algunas fuentes individuales. Sin embargo no se ha hecho una búsqueda sistemática de periodicidades sobre grandes muestras de fuentes. En este contexto, en esta tesis se han usado nueve años de datos proporcionados por el satélite Fermi. Por medio de la utilización de diferentes técnicas de análisis, se han buscado evidencias de emisión periódica en una muestra de dos millares de AGN. Estas técnicas de análisis se han organizado en un flujo automático de búsqueda de periodicidad. Este estudio de periodicidad en la banda de los rayos ¿ se ha complementado con otro estudio de periodicidad en otras longitudes de onda para proporcionar una visión más completa del comportamiento de los AGN definidos como candidatos a tener periodicidad. Estos resultados permitirán comprender los procesos detrás de estos objetos, proporcionando una mejor visión sobre la naturaleza astrofísica de estas fuentes extragalácticas. En este contexto se ha analizado la variabilidad de PG 1553 +113 con datos correspondientes a una campaña de observación realizada por MAGIC en los últimos ocho años. Para finalizar, se han analizado varias observaciones de AGNs realizadas por MAGIC, en el contexto del estudio de AGNs de la colaboración MAGIC. Como resultado de este análisis se detectó con una significancia de ~42sigmas, un flare del objeto RGB 0521+212.