Μοντελοποίηση του πολυκυματικού συνεχούς φάσματος από ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες

Abstract

Blazars are a sub-category of radio-loud active galactic nuclei with relativistic jets pointingtowards the observer. They exhibit non-thermal variable emission, which practically extends over the whole electromagnetic spectrum. Despite the plethora of multi-wavelength observations, the origin of the emission in blazar jets remains an open question. We construct a parametric leptonic model for studying the connection between the gamma-ray and radio emission of these objects both in steady-state and during flaring. Furthermore, to explain the Blazar Sequence and the broader properties of blazars as determined by the Fermi observations, we assume that AccretionDisk MHD Winds provide the necessary ambient photon field for electron scattering and we investigate the role of the mass accretion rate onto the supermassive black hole.

Η παρούσα διατριβή επικεντρώνεται στη μελέτη της εκπομπής ακτινοβολίας από Ενεργούς Γα-λαξιακούς Πυρήνες (ΕΓΠ), οι οποίοι είναι συμπαγείς πηγές που βρίσκονται στα κέντρα γαλαξιών. Τοεκπεμπόμενο φάσμα των ΕΓΠ εκτείνεται σε όλα τα μήκη κύματος από ραδιοκύματα έως ακτίνες γ,με κύριο χαρακτηριστικό ότι αποτελείται από δύο συνιστώσες, μία χαμηλοενεργειακή που εκτείνεταιαπό τα ράδιο έως και το υπεριώδες/ακτίνες Χ και μία υψηλοενεργειακή από τις ακτίνες Χ έως τιςακτίνες γ. Το πολυκυματικό αυτό φάσμα χαρακτηρίζεται και από μη θερμική εκπομπή, η οποία προ-έρχεται από σωματίδια (ηλεκτρόνια ή/και πρωτόνια) τα οποία έχουν επιταχυνθεί σε σχετικιστικέςταχύτητες.Τα μοντέλα ακτινοβολίας τα οποία χρησιμοποιούν ηλεκτρόνια ονομάζονται λεπτονικά και οι φυσι-κές διεργασίες που κυριαρχούν είναι η ακτινοβολία σύγχροτρον, ο αντίστροφος σκεδασμός Compton,η παραγωγή ζεύγους ηλεκτρονίου‐ποζιτρονίου σε αλληλεπιδράσεις φωτονίου‐φωτονίου καθώς καιη αυτοαπορρόφηση σύγχροτρον. Στην περίπτωση όπου συνεισφέρουν και σχετικιστικά πρωτόνια,τα μοντέλα καλούνται αδρονικά και πρέπει να μελετηθούν επιπλέον οι αλληλεπιδράσεις πρωτονίωνυψηλών ενεργειών με φωτόνια (που περιλαμβάνει φωτοπαραγωγή ζευγών και μεσονίων).Οι σύγχρονες παρατηρήσεις των αντικειμένων αυτών έχουν εγείρει πολλά αναπάντητα ερωτή-ματα. Ενδεικτικά αναφέρουμε τις ταχείες μεταβολές της λαμπρότητας στις υψηλές ενέργειες (οι οποίεςμπορεί να είναι της τάξης των λεπτών), την εκπομπή ράδιο ακτινοβολίας σε περιοχή διαφορετική απόαυτή των υψηλών ενεργειών καθώς και τις “ορφανές εκλάμψεις” (εκλάμψεις στις ακτίνες γ που δε συ-νοδεύονται από αντίστοιχες εκλάμψεις σε μικρότερα μήκη κύματος ακτινοβολίας, όπως οι ακτίνες Χ).Επιπλέον, τα αντικείμενα αυτά φαίνεται να ακολουθούν μία παρατηρησιακή αλληλουχία γνωστή ωςΑκολουθία των Blazar (Blazar Sequence), η οποία συσχετίζει βασικά παρατηρησιακά χαρακτηριστικάμεταξύ τους, όπως τη συχνότητα κορυφής του φάσματος στις χαμηλές συχνότητες με τη λαμπρότηταστις ακτίνες γ. Ανοιχτό έρωτημα έρευνας ακόμη αποτελεί η ταυτοποίηση της περιοχής ακτινοβολίαςαυτών των πηγών.Σκοπός της διδακτορικής διατριβής είναι η μοντελοποίηση του πολυκυματικού φάσματος εκπομ-πής από τους ΕΓΠ μέσω της επέκτασης ενός προϋπάρχοντος αριθμητικού κώδικα, όπου για πρώτηφορά θα προσπαθήσουμε να απαντήσουμε όλα τα παραπάνω ερωτήματα. Συγκεκριμένα, ο αριθμη-τικός κώδικας επιλύει τις κινητικές εξισώσεις σωματιδίων και φωτονίων, με στόχο την παραγωγήαυτοσυνεπών φασμάτων ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και τη σύγκριση με παρατηρησιακά δεδο-μένα. Η συστηματική μελέτη των φυσικών διεργασιών, η ελαχιστοποίηση του αριθμού των παραμέ-τρων, καθώς και η έρευνα του χώρου αυτών αναμένεται να συνεισφέρει στη βαθύτερη κατανόησητης φυσικής αυτών των αντικειμένων.