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On the Origin of the Unusually Hard gamma-ray Spectra of TeV Blazars

Zacharopoulou, Olga

German Title: Über den Ursprung von ungewöhnlichen harten Gammastrahlungsspektren in TeV Blazaren

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PDF, English (dissertation)
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Abstract

The observed VHE spectra from blazars may be significantly modified due to interactions of $gamma$-rays with intergalactic radiation fields. To study the emission production in these kind of objects, one should reconstruct the intrinsic spectra using an Extragalactic Background Light (EBL) model. Interestingly, this correction often leads to unusually hard spectra. In this dissertation we take into account the EBL absorption by using different models to reconstruct blazars' spectra and we study the formation of broad-band spectra in the framework of a proton synchrotron scenario with non-negligible gamma-gamma absorption in the production region. This internal absorption leads to rather hard VHE spectra. Moreover, a significant fraction of the energy absorbed in the VHE band may be transferred into secondary electron-positron pairs providing an additional radiation channel that explains the observed radiation in the Optical/X-ray regimes. In order to demonstrate the potential of the model, we model two relatively distant blazars, 1ES 0229+200 (z=0.1396) and 3C 66A (z=0.444). In addition, we perform numerical simulations using relativistic MHD in time variable injection setup, in an attempt to understand better the conditions under which radiation is produced in relativistic jets.

Translation of abstract (German)

Die Wechselwirkung hoch-energetischer (VHE) Gammastrahlen mit dem intergalaktischen Strahlungsfeld kann die beobachteten, Hochenergie-Spektren von Blazaren signifikant beeinflussen. Um die Entstehung der Strahlung in diesen Objekten genauer untersuchen zu können, muss man daher die intrinsischen Spektren mit einem Extragalaktischen Strahlungshintergrund Model (EBL) rekonstruieren. Diese Korrektur führt interessanterweise oft zu ungewöhnlich harten Quellspektren. In der vorliegenden Arbeit wird diese EBL-Korrektur anhand verschiedener Modelle vorgenommen. Wir studieren dabei die erhaltenen, intrinsischen Breitband-Spektren im Kontext eines Proton-Synchrotronstrahlung-Modells mit nicht-vernachlässigbarer Gamma-Gamma-Absorption in der Quellregion selbst. Wie sich zeigt, können sich hierbei sehr harte VHE Spektren ausbilden. Darüberhinaus kann ein signifikanter Anteil der im VHE Bereich absorbierten Energie in (sekundäre) Elektron-Positron Paarbildung übertragen werden. Dies kann eine Erklärung der beobachteten Strahlung im optischen bzw. Röntgen-Bereich ermäglichen. Wir weisen das Potential eines derartigen Modells durch Anwendung auf die beiden, relativ entfernten Blazare, 1ES 0229+200 (z=0.1396) und 3C 66A (z=0.444), nach. Zusätzlich führen wir numerische MHD-Simulationen mit zeitlich-variabler Injektion durch, um die Bedingungen unter denen Strahlung in relativistischen Jets erzeugt wird besser verstehen zu können.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Aharonian, Prof. Dr. Felix
Date of thesis defense: 13. December 2010
Date Deposited: 11. Jan 2011 14:38
Date: 2010
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
Uncontrolled Keywords: non-thermal processes , blazars , AGN , gamma-rays , hard , hard spectrum
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