Estudio del comportamiento del flujo óptico y de rayos X en blazares

Abstract

Los blazares son una sub-clase de núcleos de galaxias activos cuyo jet apunta al observador. Su radiación, que se extiende a lo largo de todo el espectro electromagnético, está dominada por procesos no térmicos, y su distribución espectral de energía (SED) es bimodal. Se los divide en dos grandes grupos: BL Lacs y los FSRQs (Flat Spectrum Radio Quasars), a partir de las características de sus espectros ópticos. Sin embargo, aún hay objetos que son clasificados como BZU (blazar uncertain type), los cuales presentan actividad tipo blazar pero con características peculiares, dificultando su clasificación. Dentro de las características principales, se encuentra la evidencia de variabilidad muy rápida, desde algunos pocos minutos hasta horas (escalas menores a un día), conocida como variabilidad intra-día (IDV, Intra-day Variability) o microvariabilidad. Su estudio provee información sobre las estructuras más internas del núcleo activo y permite entender mejor los distintos mecanismos de radiación de la región de emisión. El propósito principal del presente trabajo de Tesis es aportar información basada en el análisis de datos observacionales sobre estas fuentes, en particular aquellas clasificadas como inciertas. Los resultados de este tipo de análisis son de gran importancia para estudiar la física de los procesos así como la estructura de las regiones de emisión. Por lo tanto, los análisis de variabilidad realizados deben tener tanto rigurosidad como robustez. Para esto debemos tener datos observacionales de buena calidad y es fundamental utilizar herramientas estadísticas adecuadas para el análisis del comportamiento de las curvas de luz. En este sentido, cabe destacar que la elección de la estadística aplicada a las curvas arroja resultados contradictorios, donde la determinación del estado de variabilidad de la fuente no estaría relacionada con la física involucrada. Para analizar adecuadamente la confiabilidad de las distintas herramientas estadísticas bajo diferentes situaciones, hemos llevado a cabo una serie de simulaciones para la construcción de imágenes astronómicas, teniendo en cuenta características instrumentales, condiciones climáticas variables, tales como extinción en la magnitud del objeto por presencia de nubes, variaciones en el comportamiento de la turbulencia atmosférica, etc, obteniéndose un total de 5000 imágenes. Esto permitió confeccionar distintas situaciones observacionales, en semejanza a aquellas que puedan presentarse en la realidad y basadas en la experiencia observacional adquirida. A partir del procesamiento de las imágenes y la aplicación de la fotometría diferencial, se generaron 5.6 x 10E7 curvas de luz diferenciales sintéticas, donde se contemplan tanto AGNs variables como no variables, con diferentes magnitudes. Estas curvas fueron estadísticamente analizadas aplicando los dos tests usualmente utilizados (F y el criterio C, definido como el cociente de las desviaciones estándares de dos distribuciones) que actualmente presentan controversia en la literatura. Uno de los principales resultados obtenidos es la necesidad del uso, en la estadística elegida, de un factor de peso que tenga en cuenta las diferencias en magnitud de los objetos involucrados en la fotometría diferencial. Encontramos también que las variaciones en las condiciones observacionales modifican sensiblemente el comportamiento de las curvas obtenidas. Esto lleva a obtener casos en la clasificación del estado de variabilidad del AGN que son espúreos. Además, dependendiendo del test estadístico aplicado, hay una mayor o menor sensibilidad a la influencia de los cambios en las condiciones observacionales. Por otro lado se seleccionó una muestra de 19 blazares tomados del Roma BZCAT, constituida por 9 BL Lacs, 7 FSRQs y 3 BZUs. Utilizando el telescopio de 2.15m Jorge Sahade de CASLEO, se realizaron seguimientos de esta muestra en los filtros V y R. Los datos fueron calibrados al sistema estándar. Analizando las curvas de luz obtenidas se detectó tanto variabilidad intra-noche como variaciones inter-noche (en escalas temporales que van desde varios días hasta algunos meses) en 8 objetos. Dado que tuvimos la posibilidad de calibrar los datos al sistema estándar, se complementó este análisis con el estudio del comportamiento de los índices espectrales y los índices de colores y magnitudes en los filtros V y R, permitiendo relacionar la presencia de las variaciones detectadas con los modelos físicos que explican el origen de estas variabilidades. Para nuestras observaciones, encontramos que el modelo que mejor explica la microvariabilidad en blazares es el modelo de shock-in-jet, el cual explica la variabilidades temporales a partir de la presencia de inhomogeneidades dentro del jet relativista del blazar. De una sub-muestra conformada por 13 de estos 19 blazares se pudieron obtener observaciones en rayos X (tomadas de la base de datos del satélite Chandra). Estos datos fueron procesados y analizados utilizando el software HEASOFT y CIAO. De las curvas de luz obtenidas, 5 fuentes presentaron evidencia de variabilidad a corto plazo (intra-noche). De los estudios de variabilidad a cortas escalas, encontramos que sólo a 4 fuentes de la muestra se les detectó variabilidad en el óptico y en rayos- X (datos no simultáneos). Estas fuentes resultaron ser 2 FSRQs (LSP, Low Synchrotron Peak) y 2 BL Lac (HSP, High Synchrotron Peak). Es esperable que los blazares HSP tengan una probabilidad más baja de variar a corto plazo que los LSP. Realizamos un análisis multifrecuencia para una de estas 4 fuentes, con el objetivo de estudiar la variabilidad en estas bandas. Complementando las observaciones del óptico y rayos X con los datos obtenidos por el satélite Fermi-LAT en la banda de rayos-gamma, encontramos que que no hay variabilidad correlacionada entre las bandas óptico y rayos-gamma, ni tampoco entre rayos X y rayos-gamma, para este conjunto de datos en particular.