Broadband emission from high-energy processes in microquasars

Resumen

Microquasars are X-ray binary systems that present relativistic radio jets. These systems consist on a normal star and a compact object, where the latter accretes matter from the former powering the mentioned relativistic jets. Microquasars are known to emit at all the wavelengths from radio to soft gamma-ray energies. Moreover, these objects are nowadays turning out as a new galactic population of high-energy and very high energy gamma-ray emitters. Although the mechanisms behind gamma-ray emission are still not known, it seems that the production site should be the jet itself. We have explored several scenarios linked to gamma-ray production, modeling the non-thermal radiation produced in microquasar jets in the entire spectrum, from radio to TeV energies. We have developed leptonic models to reproduce the emission thought to come from the inner parts of the jet, close to the compact object, taking also into account the radiation at lower energies. Moreover, we have studied the extended broadband emission that could be produced via leptonic and hadronic interactions in nearby clouds bombarded by microquasar jet accelerated protons. We show that microquasars could be behind a significant fraction of the gamma and cosmic rays generated within the Galaxy. Gamma-ray emission from jets could be observed presenting complicated spectra and patterns of variability. The emission should be affected by variable accretion and jet ejection, particle acceleration changes, photon photon absorption in dense ambient photon fields, and other effects linked to the geometry involved in the emitting and absorbing processes. Concerning extended emission from microquasar nearby regions, radiation, convection and diffusion timescales, as well as the particle acceleration efficiencies, are of primary importance to characterize their emission properties. Multiwavelength and multiparticle observations are required to properly understand the involved physics. This will be possible with the new instrumentation at work or to come, which will allow to improve theoretical modeling up to unexpected levels. " RESUM: "Emissió multi-longitud d'ona per processos d'alta energia als microquàsars" Els microquàsars són sistemes formats per dos objectes, un d'ells és una estrella normal, l'altre pot ser una estrella de neutrons o un forat negre. Si no presenten majors peculiaritats, aquests objectes són anomenats binàries de raigs X, ja que són sistemes binaris que emeten fortament en X. Si aquestes binàries de raigs X presenten dolls relativistes que emeten en ràdio, llavors s'anomenen microquàsars. Aquests dolls s'originen amb la participació de forts camps magnètics presents al veïnatge de l'objecte compacte, i poden emetre en tot l'espectre electromagnètic. Durant el desenvolupament d'aquesta tesi, s'han investigat els mecanismes d'emissió d'alta i molt energia als microquàsars, tenint en compte també la radiació a energies més baixes. Es conclou que es poden explicar els fluxos gamma observats als microquàsars assumint continguts d'energia en les partícules emissores raonables encara que més grans que aquells que serien suficients per explicar només la part ràdio. De fet, els microquàsars podrien ser una fracció important de les fonts no identificades variables al pla galàctic. Amb la introducció d'acceleració de partícules i absorció per creació de parelles, es pot explicar de manera elegant l'espectre multi-longitud d'ona d'un microquàsar, des de ràdio fins a raigs gamma de molt alta energia. Es important fer notar que, si protons relativistes abandonessin els dolls quan aquests interactuen amb el medi circumdant, el flux de raigs còsmics a les regions properes seria incrementat de forma significativa, cosa que mostra la rellevància dels microquàsars com a acceleradors de raigs còsmics. Això també podria generar emissió multi longitud d'ona si els mencionats protons interactuessin amb el medi circumdant. El treball presentat mostra la riquesa de la física involucrada en l'estudi dels microquàsars, i posa de manifest que l'estudi del fenomen microquàsar ha de recórrer un llarg camí abans de ser comprés de manera global. En qualsevol cas, degut a les excitants perspectives en el camp teòric i observacional, el viatge cap a una bona comprensió d'aquests objectes promet grans avenços en el futur proper. "