Study of the extreme gamma-ray emission from supernova remnants and the crab pulsar

Resumen

Esta tesis tiene como objetivo el estudio de la emisión extrema de rayos gamma proveniente de remanentes de supernova y el pulsar del Cangrejo. Dos remanentes de supernova han sido observados tanto con Fermi, como con MAGIC; Cassiopeia A y SNRG24.7+0.6. Cassiopeia A, el principal candidato de su clase a revelarse como PeVatrón, ha sido descartado como tal, al haberse detectado un corte en el espectro de rayos gamma en torno a 3TeV, lo cual implica que, la emisión observada es producida por el decaimiento de piones neutros, originados en colisiones protón-protón por una población de protones que presenta un corte exponencial en su espectro en torno a una energía de 10TeV. Esta energía máxima a la que son acelerados estos rayos cósmicos pone en serias dudas la existencia de remanentes de supernova que se comporten como PeVatrones, y por tanto, la teoría de que éstos son la fuente principal de rayos cósmicos galácticos. En el caso de SNRG24.7+0.6, con las observaciones llevadas a cabo, hemos conseguido detectar por primera vez la contrapartida de la emisión radio a energías desde 60MeV hasta 5TeV, MAGIC J1835–069, producida por protones que escapan del remanente de supernova y que interaccionan con una nube molecular cercana. En estas mismas observaciones, hemos podido detectar otra fuente nueva, MAGIC J1837–073, la cual está asociada, muy probablemente, con un cumulo estelar tal y como sugiere su localización. Su emisión puede ser explicada asumiendo una inyección casi continua de rayos cósmicos durante la totalidad de la vida estimada del cumulo estelar. Por otra parte, el estudio del púlsar del Cangrejo, llevado a cabo con MAGIC ha resultado en el descubrimiento de emisión pulsada hasta 1.5TeV, refutando cualquiera de los modelos presentados hasta el momento. Además, la curva de luz que caracteriza la emisión proveniente del púlsar por encima de 400 GeV, presenta dos picos sincronizados en fase con los picos hallados a energías más bajas. Esta emisión, extremadamente energética, únicamente puede ser producida por electrones acelerados hasta factores de Lorentz muy altos en regiones cercanas al cilindro de luz, ya sea en su interior o en su exterior, y que posteriormente colisionan y transfieren su energía a fotones térmicos.