Measurement of the gamma-ray opacity of the Universe with the MAGIC telescopes

La luz de fondo extragalactica (LFE) es la acumulación de toda la luz producida en la historia del Universo. Las longitudes de onda de esta luz de fondo van desde la banda UV hasta el cercano y lejano infrarrojo. La LFE interactúa con los rayos gamma provenientes de núcleos de galaxias activos (NGA)...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor: González Muñoz, Adiv
Tipo de recurso: tesis doctoral
Fecha de publicación:2015
País:España
Institución:Universitat Autònoma de Barcelona
Repositorio:Dipòsit Digital de Documents de la UAB
Idioma:inglés
OAI Identifier:oai:ddd.uab.cat:132342
Acceso en línea:https://ddd.uab.cat/record/132342
Access Level:acceso abierto
Palabra clave:Astrophysics
Astrofísica
Gamma rays
Rayos gamma
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Astroparticles
Astropartículas
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Moralejo Olaizola, Abelardo
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description La luz de fondo extragalactica (LFE) es la acumulación de toda la luz producida en la historia del Universo. Las longitudes de onda de esta luz de fondo van desde la banda UV hasta el cercano y lejano infrarrojo. La LFE interactúa con los rayos gamma provenientes de núcleos de galaxias activos (NGA) produciendo pares electrón-positrón. Esto causa que los espectros de energía diferencial de los NGAs observados en la Tierra, en el rango de energía de los rayos gamma, estén modificados por la interacción con la LFE. Este trabajo esta enfocado a las observaciones y el análisis de datos de dos NGAs: Markarian 421 y 1ES 1011+496. Estas dos fuentes fueron observadas en estados de llamaradas extraordinarias por los telescopios MAGIC, proveyendo espectros de buena calidad a muy altas energías. De estas observaciones, el efecto de la LFE en los espectros observados pudo ser medido. Las mediciones fueron realizadas un método de maximización de probabilidad, donde el espectro intrínseco de la fuente es modelado usando una función convexa y suave, modificada por el efecto de la LFE (usando un modelo como plantilla) cuya intensidad es regulada usando un factor de normalización de opacidad. Entonces una exploración es realizada sobre los factores de normalización para encontrar la combinación de parámetros del modelo del espectro intrínseco y el LFE que den la máxima probabilidad de reproducir el espectro observado. Al final, la máxima probabilidad es comparada con la probabilidad de la hipótesis de LFE nula por medio de una prueba de razón de probabilidades. Con este método fue encontrado que con los datos de 1ES 1011+496, el modelo de LFE usado en este trabajo (de Domínguez et al., 2011) escalado por el factor de normalización de opacidad 1.07 (-0.13+0.09)stat (-0.10.+0.7)syst fue preferido sobre la hipótesis de LFE nula con una significancia de 4.6 desviaciones estandar. En el caso de Markarian 421, se encontró que la plantilla de LFE escalada por un factor de normalización de opacidad 0.90 (-0.17+0.11)stat (-0.00+0.29)syst fue preferido sobre la hipótesis de LFE nula con una significancia de 5.8 desviaciones estándar. Análisis adicionales fueron realizados de datos de 1ES 0229+200 y 1ES 0647+250. No se pudieron extraer mediciones del LFE de las observaciones de estas dos fuentes. También en este trabajo se presenta un breve estudio de posibles anomalías en la propagación de los rayos gamma en el medio intergaláctico, causado por la teorética partícula parecida al axion.
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Estas dos fuentes fueron observadas en estados de llamaradas extraordinarias por los telescopios MAGIC, proveyendo espectros de buena calidad a muy altas energías. De estas observaciones, el efecto de la LFE en los espectros observados pudo ser medido. Las mediciones fueron realizadas un método de maximización de probabilidad, donde el espectro intrínseco de la fuente es modelado usando una función convexa y suave, modificada por el efecto de la LFE (usando un modelo como plantilla) cuya intensidad es regulada usando un factor de normalización de opacidad. Entonces una exploración es realizada sobre los factores de normalización para encontrar la combinación de parámetros del modelo del espectro intrínseco y el LFE que den la máxima probabilidad de reproducir el espectro observado. Al final, la máxima probabilidad es comparada con la probabilidad de la hipótesis de LFE nula por medio de una prueba de razón de probabilidades. Con este método fue encontrado que con los datos de 1ES 1011+496, el modelo de LFE usado en este trabajo (de Domínguez et al., 2011) escalado por el factor de normalización de opacidad 1.07 (-0.13+0.09)stat (-0.10.+0.7)syst fue preferido sobre la hipótesis de LFE nula con una significancia de 4.6 desviaciones estandar. En el caso de Markarian 421, se encontró que la plantilla de LFE escalada por un factor de normalización de opacidad 0.90 (-0.17+0.11)stat (-0.00+0.29)syst fue preferido sobre la hipótesis de LFE nula con una significancia de 5.8 desviaciones estándar. Análisis adicionales fueron realizados de datos de 1ES 0229+200 y 1ES 0647+250. No se pudieron extraer mediciones del LFE de las observaciones de estas dos fuentes. También en este trabajo se presenta un breve estudio de posibles anomalías en la propagación de los rayos gamma en el medio intergaláctico, causado por la teorética partícula parecida al axion.The extragalactic background light (EBL) is the collection of all the light produced in the history of the Universe. The wavelength of this background light goes from the UV-optical band to the near- and far-infrared. The EBL interacts with the gamma rays coming from active galactic nuclei (AGN) producing electron-positron pairs. This causes that the differential energy spectra observed at Earth from the AGNs, in the energy range of gamma rays, are modified by the interaction with the EBL. This works is focused in the observations and the data analysis from two AGNs: Markarian 421 and 1ES 1011+496. These two sources were observed in extraordinary flaring states by the MAGIC telescopes, providing good quality expectra at very high energies. From these observations, the effect of the EBL on the observed spectra could be measured. The measurements were performed using a likelihood maximization method, where the intrinsic spectrum of the source is modeled using a smooth convex function, modified by the effect of the EBL (from a model template) whose intensity is regulated using an opacity normalization factor. Then a scan is performed over the normalization factor to find the combination of parameters from the model for the intrinsic spectrum and the EBL that give the maximum likelihood to the observed spectrum. At the end, the maximum likelihood is compared with the likelihood of the null-EBL hypothesis with a likelihood ratio test. With this method it was found that with the data from 1ES 1011+496, the EBL model used in this work (by Dominguez et al. 2011) escaled by an opacity normalization factor of 1.07 (-0.13+0.09)stat (-0.10.+0.7)syst was prefered over the null-EBL hypothesis with a significance of 4.6 standard deviations. In the case of the data from Markarian 421, it was found that the EBL template scaled by the opacity normalization factor of 0.90 (-0.17+0.11)stat (-0.00+0.29)syst was prefered over the null-EBL hypothesis with a significance of 5.8 standard deviations. Additional analyses were performed of data from 1ES 0229+200 and 1ES 0647+250. No EBL measurements could be extracted from the observations of these two sources. Also in this work is presented a brief study of possible anomalies in the propagation of the gamma rays in the intergalactic medium caused by the theoretical axion-like particle.Universitat Autònoma de BarcelonaUniversitat Autònoma de Barcelona. Departament de FísicaMoralejo Olaizola, AbelardoFernández Sánchez, Enrique 22015-01-0120152015-01-01Tesi doctoralhttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06VoRhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85info:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://ddd.uab.cat/record/132342reponame:Dipòsit Digital de Documents de la UABinstname:Universitat Autònoma de BarcelonaInglésengopen accesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Aquest document està subjecte a una llicència d'ús Creative Commons. Es permet la reproducció total o parcial, la distribució, i la comunicació pública de l'obra, sempre que no sigui amb finalitats comercials, i sempre que es reconegui l'autoria de l'obra original. No es permet la creació d'obres derivades.https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/info:eu-repo/semantics/openAccessoai:ddd.uab.cat:1323422026-06-06T12:50:31Z
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