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Nonthermal Processes of Fast Outflows from Astrophysical objects

Sun, Xiaona

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Abstract

Outflows are ubiquitous phenomena in the universe. They have been widely observed in both Galactic and extragalactic objects. In this thesis, we analyze three individual sources. Firstly, we re-analyze the high energy γ-ray data of Fermi-LAT on the giant lobes of Centaurus A. We utilize for the first time the Planck observations to derive the fluxes of the lobes. The multiwavelength SEDs reveal a possible leptonic+hadronic origin of the non-thermal emission. Secondly, we re-analyze Chandra observations of the M87 jet with a total exposure time of 1500 kiloseconds to explore the X-ray emission characteristics along the jet. The variabilities of the nucleus and HST-1, as well as the photon spectra for all knots, are investigated. Fitting the radio to X- ray SEDs assuming a synchrotron origin, we show that a broken power-law electron spectrum allows a satisfactory description of the SEDs for most knots except for B, C and D, for which an additional component is needed. We discuss the implications and suggest that a stratified jet model may account for the differences. Finally, we derive the energy distribution of the ultrarelativistic electron in G1.9+0.3, which is the youngest known SNR in the Galaxy, under the assumption that the detected X-ray with Chandra and NuSTAR are of entirely synchrotron origin. The electron acceleration is found to be an order of magnitude slower than the maximum rate pro- vided by the shock acceleration in the nominal Bohm diffusion regime. We discuss the resultant implications in the context of the contribution of SNRs to the Galactic Cosmic Rays at PeV energies.

Translation of abstract (German)

Plasmaausströmungen sind weitverbreitete Phänomene im Universum, welche sowohl in ex- tragalaktischen wie in galaktischen Objekten häufig beobachtet werden. In dieser Arbeit un- tersuchen wir drei verschiedene Quellen: Zum Einen analysieren wir Fermi-LAT Daten hoch- energetischer Gamma-Emission der großskaligen "Lobes" der Radiogalaxie Centaurus A. Wir verwenden zum ersten Mal die Planck-Beobachtungen, um die Flüsse der "Lobes" abzuleiten. Die spektralen Energieverteilungen über viele Wellenlängenbereiche zeigen einen möglichen lepto+hadronischen Ursprung der nichtthermischen Strahlung. Zum Anderen re-analysieren wir Chandra-Beobachtungen (ingesamt mehr als 1500 Kilosekunden) des Jets aus der Radio- galaxie M87, um dessen Strahlungscharakteristiken im Röntgenbereich näher zu bestimmen. Die Variabilität des Kerngebietes und des inneren Jetknotens HST-1 sowie die Röntgenspek- tren aller Knoten werden dabei untersucht. Eine Modellierung der spektralen Energieverteilun- gen (SEDs) vom Radio-zum Röntgenbereich unter der Annahme eines Synchrotron-Ursprungs zeigt, dass ein gebrochenes Potenzgesetz (broken power-law) eine zufriedenstellende Beschrei- bung dieser SEDs für die meisten Knoten erlaubt, mit Ausnahme der Knoten B, C, und D. Bei letzteren wird eine zusätzliche Emissionskomponente benötigt. Wir diskutieren die Implikatio- nen und schlagen ein stratifiziertes Jetmodell zur Erklärung der Unterschiede vor. Schließlich untersuchen wir die Röntgenemission des jüngsten Supernova-Überrestes (SNR) in unserer Milchstrasse, G1.9+0.3. Wir bestimmen dabei die zugrundeliegende Energieverteilung der Elek- tronen unter der Annahme einer ausschließlichen Synchrotron-Herkunft der mit Chandra und NuSTAR detektierten Röntgenstrahlung. Ein Vergleich mit der maximalen Beschleunigungsrate an Stoßfronten im nominalen Bohm-Diffusions-Regime zeigt, dass die Beschleunigung der Elek- tronen in G1.9+0.3 um eine Größenordnung langsamer erfolgt. Wir diskutieren die sich daraus ergebenden Implikationen im Zusammenhang mit dem Beitrag der SNRs zur Galaktischen Kos- mischen Strahlung bei PeV-Energien.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Aharonian, Prof. Dr. Felix
Date of thesis defense: 20 December 2017
Date Deposited: 10 Jan 2018 12:45
Date: 2017
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
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