Estudio de las regiones más internas en jets relativistascampo magnético y estructura del jet en el quásar NRAO 150

Resumen

En esta Tesis se presenta un estudio observacional con alta resolución angular de las regiones más internas de los jets relativistas en galaxias con núcleos activos (AGN). Algunas de las cuestiones abiertas fundamentales que se intentan esclarecer actualmente en la física de jets es la estructura del campo magnético, el papel que juega éste en la dinámica del jet y en los procesos de emisión, así como también la determinación de las regiones que emiten en altas energías y el mecanismo responsable de dicha emisión. Con el objetivo de contribuir al entendimiento de estos procesos, en la presente Tesis se presenta el estudio del jet en el quásar NRAO 150, (análisis de su emisión en flujo total y polarizado, campo magnético y dinámica de las regiones más internas del jet) y también los resultados obtenidos del seguimiento en el óptico y ondas milimétricas de una muestra de 36 AGN como parte de estudios multi-rango espectral. En el estudio del jet en el quásar NRAO 150 se han calibrado y analizado datos obtenidos con los interferómetros VLBA y GMVA a 8, 15, 22, 43 y 86 GHz en flujo total y polarizado. Los datos interferométricos a 86 GHz muestran la mejor resolución angular que se puede obtener hasta la fecha en astrofísica, y en esta Tesis se incluye el primer estudio multi-época en polarización realizado con el GMVA. El estudio espectral de la fuente ha mostrado que en las regiones más internas, el jet muestra un comportamiento aproximadamente homogéneo y ópticamente delgado, y no existe ninguna región que pueda identificarse inequívocamente como el núcleo del jet. A bajas frecuencias se ha medido un grado de polarización excesivamente bajo, lo que sumado a resultados de trabajos anteriores sugiere que el jet, en las regiones más internas, apunta en la dirección del observador con un ángulo aproximadamente nulo. En las regiones más internas (observadas en imágenes a 22, 43 y 86 GHz) se observa un estructura de los vectores magnéticos que son consistentes con una estructura toroidal del campo magnético visto con un ángulo muy pequeño desde la línea de la visual. Esta Tesis presenta por tanto las primeras evidencias observacionales directas de la existencia de un campo magnético toroidal en jets, como ha sido predicho en numerosos estudios teóricos y simulaciones numéricas. También se ha estudiado la cinemática de las regiones más internas del jet en NRAO 150 con la finalidad de entender el proceso de jet wobbling observado previamente en esta fuente. Este proceso se observa como un cambio de dirección de las regiones más internas del jet, pero su origen físico hasta la fecha no ha sido esclarecido. En esta Tesis se presenta un nuevo modelo cinemático que explica el aparente cambio de dirección del jet en las regiones internas como una rotación de las componentes siguiendo una trayectoria helicoidal, la cual al ser vista casi de frente se observa como una rotación de las mismas en el plano del cielo. Este modelo ha sido capaz de reproducir la trayectoria de las componentes observadas en las imágenes a 43 GHz durante 12 años, y también podría utilizarse en la interpretación del jet wobbling en otras fuentes. Por otro lado también se ha estudiado una muestra de los 36 AGN más brillantes en rayos gamma como parte de colaboraciones con proyectos multi-rango espectral. La principal finalidad de estos proyectos es estudiar la emisión de los jets en todas las frecuencias de observación posibles para lograr un mejor entendimiento de las regiones de emisión en altas energías y el mecanismo responsable de dicha emisión. Para esto se han monitorizado las 36 fuentes mensualmente en longitud de onda del óptico y semanalmente en ondas milimétricas. Estas colaboraciones han dado como resultado numerosas publicaciones, de las que en esta Tesis se destacan los trabajos de las fuentes 3C 454.3, AO 0235+16 y BL Lac. Las curvas de luz a lo largo de todo el espectro electromagnético muestran períodos de baja actividad intercalados con estallidos de emisión, que muestran contrapartida en todas las frecuencias de observación. Se han estudiado los posibles procesos de emisión en altas energías, Synchrotron Self-Compton o Compton externo, encontrándose que ambos pueden estar presentes en una misma fuente, y uno dominar sobre el otro en distintos flares. Se ha encontrado que la emisión en altas energías se produce muy probablemente a parsecs de distancia del motor central, debido al paso de componentes a través del núcleo en ondas milimétricas, el cual está asociado con un choque de recolimación.