Observing the VHE Gamma Ray Sky with the MAGIC Telescopesthe Blazar B3 2247+381 and the Crab Pulsar

Resumen

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.