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High energy nonthermal emission from shocks produced in the interestellar medium
Emisión no térmica a altas energías procedente de choques producidos en el medio interestelar

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Pereira Blanco, Víctor (2017) High energy nonthermal emission from shocks produced in the interestellar medium. [Thesis]

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Abstract

El objetivo de este trabajo es el estudio de los procesos de emisión no térmica que tienen lugar en los choques formados por diferentes objetos estelares. Para ello, partiendo de modelos anteriores, hemos elaborado un modelo no térmico capaz de explicar y reproducir dicha emisión. En primer lugar, se han estudiado las observaciones en rayos-X, infrarrojo y radio disponibles para diferentes choques producidos por la interacción del viento de estrellas masivas con el medio interestelar, y los datos observacionales se han comparado con los resultados de las simulaciones obtenidas a partir de nuestro modelo teórico, lo que ha permitido calcular el valor de los diferentes parámetros que intervienen en los choques. El modelo presentado en este trabajo tiene un carácter genérico. Por ello, hemos podido extender su uso a choques producidos por otros objetos estelares, como es el caso de la transición de supergigante azul a supergigante roja en las últimas fases evolutivas de algunas estrellas, en las que el choque es formado por la interacción de los vientos estelares expulsados en las fases posteriores a la secuencia principal. Para ello, hemos usado como referencia la estrella Betelgeuse y las simulaciones hidrodinámicas que sobre ella se han desarrollado. Posteriormente, hemos extendido el estudio de la emisión no térmica a los choques formados por las explosiones de supernova. Particularmente, hemos aplicado nuestro modelo al remanente de la supernova SN 1006 para intentar explicar los datos observacionales en altas energías (tanto rayos-X como rayos-gamma) que se tienen de ese objeto. Para ello hemos acoplado nuestro modelo a simulaciones MHD en 3D que describen la evolución de la supernova, para predecir la emisión no térmica y la compararla con los datos observacionales. Resultados y Conclusiones En esta tesis doctoral se ha podido confirmar, a partir del desarrollo de un modelo teórico, que la emisión en altas energías detectada en algunos choques formados por estrellas O y B moviéndose a alta velocidad mientras atraviesan un medio suficientemente denso, tiene un origen no térmico, principalmente debido a procesos sincrotrón y Compton inverso del campo de radiación producido por el polvo interestelar en la región calentada por el choque. La emisión térmica del polvo en la región del choque, por el contrario, es dominante en el infrarrojo, lo que concuerda con las observaciones de estos mismos choques por el telescopio espacial WISE. Sin embargo, debido a que la luminosidad del choque en altas energías es baja según nuestras simulaciones, sólo se ha podido predecir emisión no térmica en este tipo de choques en estrellas cercanas a la Tierra. En concreto, nuestro modelo ha sido capaz de explicar con éxito la emisión observada en altas energías procedente del choque formado por la estrella AE Aurigae, así como la no detección de fotones muy energéticos en otras estrellas observadas en rayos-X (como en el caso de la conocida BD+43 3654). De igual manera, nuestro modelo también ha predicho que durante la transición de supergigante azul a roja, los choques formados por las estrellas evolucionadas pueden producir emisión no térmica. Finalmente, a partir de nuestro modelo también hemos concluido que la emisión en rayos-gamma procedente del limbo suroeste del remanente de la supernova SN 1006 es originada por el proceso Compton inverso de los fotones del fondo cósmico de microondas, junto a la contribución hadrónica de dos poblaciones de protones originadas en el remanente y en su interacción con una nube densa. Además, nuestro modelo no ha previsto emisión en la banda de los GeV, algo que fue confirmado posteriormente con los datos del observatorio espacial Fermi, que no detectó emisión en esa banda, lo que reforzó el origen mixto (leptónico y hadrónico) de la emisión en rayos-X y rayos-gamma.

Resumen (otros idiomas)

The emission from shocks originated from the interaction of massive stars and supernova remnants with the interstellar medium shows that great amounts of energy are released in these processes and that a signi cant part of it is radiated as high-energy photons. In these shocks, protons and electrons are accelerated and emit photons when they cool down. If particle acceleration is e cient enough, the radiated photons can reach very high energies and be detected in X- and -rays. Objectives and methodology: The main objective of this work is to study the nonthermal emission processes that take place in shocks formed by di erent stellar objects. To do so, we have started from previous models to elaborate a nonthermal theoretical model able to explain and predict such emission. First, X-ray, infrared and radio observations have been studied for di erent shocks produced by the interaction of the stellar wind of massive stars with the interstellar medium, and the data have been compared to the results of our simulations, which permits to determine the physical parameters of the particles accelerated at the shock front. The model presented in this Thesis has a general approach. Thus, we also extended its application to the shocks produced by other stellar objects, as is the case of supergiant stars during the transition from blue to red supergiant at the late stages of some evolved stars, during which the shock is formed by the interaction of the stellar winds ejected in the post main-sequence stages. We used hydrodynamic simulations of Betelgeuse as a reference for our study...

Item Type:Thesis
Additional Information:

Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Físicas, Departamento de Astrofísica y Ciencias de la Atmósfera, leída el 10-07-2017

Directors:
DirectorsDirector email
López Santiago, Javier
Castro Rubio, Elisa de
Uncontrolled Keywords:Astrofísica
Palabras clave (otros idiomas):Astrophysics
Subjects:Sciences > Physics > Astrophysics
ID Code:45772
Deposited On:13 Dec 2017 10:41
Last Modified:06 May 2019 08:43

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