Discovery and characterization of the binary system ls i +61 303 in very high energy gamma-rays with magic

• Autores: Nuria Sidro Martin
• Directores de la Tesis: Francisco Javier Rico Castro (dir. tes.), Juan Cortina Blanco (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2008
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Eckart Lorenz (presid.), Ramon Miquel Pascual (secret.), Josep Maria Paredes Poy (voc.), Xavier Barcons Jáuregui (voc.), Mathieu De Naurois (voc.)
• Materias:
  • Astronomía y astrofísica
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• Resumen

  • La ventana de rayos gamma de muy alta energía (MAE) se abrió hace menos de dos décadas, con la detección de la nebulosa del Cangrejo con fotones de alta energía de entre 100 GeV y 100 TeV, Después de dos años de desarrollo, la técnica utilizada por los llamados telescopios Cherenkov permite realizar observaciones sensibles en el régimen de los rayos gamma de MAE. Estos instrumentos miden los rayos gamma cósmicos mediante la detección de cascadas secundarias producidas por las interacciones de los rayos gamma primarios con la atmósfera terrestre, visto directamente (usando redes de detectores de cascadas) o mediante su radiación Cherenkov (con telescopios que recogen las imágenes de luz Cherenkov radiación Cherenkov en la atmósfera (MAGIC) es actualmente en mayor IACT con un solo reflector, que mide 17 m de diámetro. Situado en la isla de La Palma (Canarias), tiene la menor energía umbral conseguida hasta la fecha con IACTs, permitiendo la reconstrucción de rayos gamma con energías de 60 GeV a 10 TeV. Combina un enorme y ultraligero reflector con un gran número de innovaciones técnicas. La contribución técnica a MAGIC del autor está enfocada hacia el software del control remoto de la cámara y del sistema de calibración.

    Esta tesis estudia la emisión de MAE de rayos gamma de la binaria de rayos x de alta masa LS I + 61 303, usando el telescopio MAGIC. Esta binaria está formada por una estrella masiva tipo Be y un objeto compacto de naturaleza desconocida (un agujero negro o una estrella de neutrones). La emisión en radio, infrarrojo, óptico y rayos x viene modulada por un período de 26.5 días, atribuido al movimiento orbital.

    Cuando empezó este trabajo en 2004, no se conocía ninguna binaria de rayos x que emitiese rayos gamma de MAE, aunque las predicciones teóricas para estos sistemas eran prometedoras. De entre las binarias de rayos x, LS I +61 303 es un sistema peculiar, asociado con una fuente EGRET (3EG J024+6103) en el rango de energía del Gev. Estas observaciones junto con el hecho de que las medidas interferométricas en radio sugerían la presencia de chorros (jets), hacían de LS I+61 303 una buena candidata como fuente de rayos gamma de MAE.

    En este contexto, observamos LS I +61 303 con MAGIC, en dos campañas diferentes durante los años 2005 y 2006. La durada total de las observaciones es de 150 horas, abarcando 10 ciclos orbitales del sistema. El análisis de los datos presentados en éste trabajo permiten establecer LS I +61 303 como un emisor de rayos gamma de MAE. Esta es la tercera binaria de rayos x que emite en este rango de energías. La fuente es puntual para MAGIC, y su localización está dentro de los contornos de la fuente EGRET 3EG J0241+6103 con un nivel de confianza del 95%.

    El flujo de rayos gamma medido es variable. Esto significa que, por primera vez, se encuentra un candidato a microquasar variable en rayos gamma de MAE. Las observaciones nos permiten extraer un perfil de emisión orbital. El flujo de rayos gamma tiene un pico a fase orbital 0.63 i un mínimo cerca de su paso por el periastro. El flujo máximo (sobre 400 GeV) que se observa corresponde al 17% del flujo de la nebulosa del Cangrejo a la misma energía. Un segundo pico de la emisión en faso 0.84 alcanza al mismo nivel de flujo, aunque solo se observa en uno de los ciclos orbitales.

    El espectro de energía del sistema ha sido medido entre 200 GeV y 5 TeV. El índice espectral para lasa fases de máxima emisión es constante en el tiempo con un valor de -2.7+-0.3. No hay evidencia de límite en el flujo hasta 5 TeV. Tampoco hay evidencia de variaciones del índice espectral con la fase o con el nivel de flujo.

    Se ha efectuado una búsqueda de periodicidad sobre los datos de LS I+61 303 en el rango del TeV, encontrándose una periodicidad en el flujo de rayos gamma de 26.8+-0.2 días con una probabilidad de 10^7. Esta es la segunda fuente periódica establecida en el rango de MAE. Este resultado implica que la modulación del flujo está ligada a la periodicidad orbital.

    Con las observaciones a muy alta energía de esta tesis hemos probado que LS I +61 303 pertenece a una nueva clase de objetos, llamados sistemas binarios emisores de rayos gamma.