Some observational and theoretical aspects of cosmic-ray diffusion

• Autores: Elsa de Cea del Pozo
• Directores de la Tesis: Diego F. Torres (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2011
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Lluís Font Guiteras (presid.), Emiliano Carmona Flores (secret.), Massimo Persic (voc.)
• Materias:
  • Astronomía y astrofísica
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  TDX  DDD  TESEO 
• Resumen

  • La Tesis contiene ciertos estudios relacionados con la difusión de rayos cósmicos. Está dividida en dos partes, una describe los modelos sobre la fenomenología de difusión de rayos cósmicos, y otra presenta las observaciones realizadas usando el experimento MAGIC y simulaciones del futuro Array de Telescopios Cherenkov (CTA, por sus siglas en inglés). En la primera parte, se introduce la teoría general más aceptada sobre la difusión de rayos cósmicos. Se cree que los remanentes de supernova (SNR) son uno de los escenarios más probables de aceleración de rayos cósmicos, tanto en procesos leptónicos como hadrónicos. El mecanismo de aceleración de partículas en cada SNR se asume que es aceleración por choque difuso (diffusive shock acceleration). Para obtener confirmación observacional de la aceleración de protones y otros núcleos, y distinguirlos de la emisión leptónica, se deben aislar los efectos de los múltiples mensajeros producidos por partículas secundarias. Partiendo de ahí, se desarrolla un modelo sobre los alrededores del SNR IC443 que explica la fenomenología de alta energía: los rayos cósmicos escapan del remanente, los más energéticos alcanzan antes la nube molecular situada delante de la misma y los menos energéticos aún permanecen confinados a los restos del SNR. Los resultados contrastados con las últimas observaciones obtenidas de la fuente explican su aparente desplazamiento cuando se observa a alta y a muy alta energía. También se presenta un modelo multi-frecuencia y multi-mensajero (fotones de todo el espectro electromagnético y neutrinos) de la emisión difusa de la galaxia con un estallido de formación estelar M82. Las predicciones para rayos gamma se comparan con (y explican satisfactoriamente) las posteriores detecciones en el rango energético comprendido entre los giga- y los tera-electronvoltios de las galaxias M82 y NGC 253, realizadas por el satélite Fermi y los experimentos en tierra H.E.S.S. y VERITAS. En la segunda parte de la Tesis, se describe la técnica de detección de rayos gamma desde tierra a través de la radiación Cherenkov. Esta técnica es explotada, entre otros, por el experimento MAGIC. Algunas de las observaciones realizadas por la estudiante con este telescopio se presentan como parte de esta Tesis. En primer lugar, se muestran los límites superiores (upper limits) al flujo de rayos gamma obtenidos con MAGIC-I sobre dos fuentes detectadas por el experimento Milagro y que se corresponden con dos fuentes brillantes del satélite Fermi en la región del SNR G65.1+0.6. Se cree que puedan tratarse de dos púlsares que inyectan energía y partículas en la nebulosa pulsada que las rodea. También se presentan resultados preliminares de observaciones en estéreo (con los dos telescopios MAGIC) del SNR IC443. El número de horas obtenido resulta insuficiente para completar el estudio morfológico dependiente de la energía para el que se enfocaba la obtención de estos datos, pero nuevas observaciones están previstas para el futuro. Finalmente, se introducen por primera vez algunas simulaciones realizadas con el futuro CTA y ciertos estudios espectrales sobre particulares casos científicos. En concreto, dichos estudios se centraron en los objetos ya discutidos en el resto de la Tesis, como el SNR IC443, las galaxias con estallido de formación estelar M82 y NGC 253, y nubes moleculares iluminadas por rayos cósmicos escapados de SNRs cercanos. El observatorio CTA representa el futuro de las observaciones de rayos gamma desde tierra, y prevé que se unan las colaboraciones de todas las instalaciones de telescopios actuales. El rango de energías se verá ampliado, la sensibilidad aumentará un orden de magnitud y la resolución angular se mejorará respecto a los experimentos existentes hoy en día. Esta Tesis representa, pues, sólo el principio de lo que queda por venir.