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Giant Pair Halos Surrounding Non-Thermal Extragalactic Objects

Eungwanichayapant, Anant

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Abstract

Hochenergetische (E>100 GeV) Gammastrahlen aus extragalaktischen Quellen werden infolge der gamma-gamma-Paarbildung (PP) von der kosmischen Infrarot-Hintergrund-strahlung (CIB) absorbiert und loesen elektromagnetische Schauer durch Paarbildung und inverse Comptonstreuung aus. Dies fuehrt zur Ausbildung eines Elektron-Positron-Paarhalos, dessen Teilchenverteilung isotrop ist, falls ein genuegend starkes inter-galaktisches Magnetfeld (|B|> 1 nG) vorhanden ist. In dieser Arbeit wird eine Monte-Carlo Methode angewandt, bei der die Paarhalo-Energie und Winkelverteilungen fuer viele verschiedene Parameter (einlaufende Teilchen-verteilungen, CIB-Modelle und Rotverschiebungen) untersucht werden. Ein wichtiges Ergebnis ist der Nachweis einer Grenze der Empfindlichkeit der Paarhalo-Energie und der Winkelverteilungen auf die primaeren Gamma-Energien, oberhalb derer die Photonen mit der kosmischen Mikrowellen-Hintergrund-strahlung wechselwirken. Ausserdem wird gefunden, dass bei geringer Rotverschiebung das Spektrum des CIB einen staerkeren Einfluss auf die Paarhalo-Energie als auf die Winkelverteilungen hat. Fuer Quellen mit hoher Rotverschiebung kann ein Modellieren der Winkelverteilungen als indirektes Mittel zur Untersuchung der CIB Intensitaet dienen. Der moegliche Nachweis eines Paarhalos aus der Quelle H14236+428 wird diskutiert.

Translation of abstract (English)

Very high energy (E > 100 GeV) gamma-rays from extragalactic sources are absorbed via gamma-gamma pair production on the cosmic infrared background (CIB) and initiate electromagnetic cascades involving pair production and inverse Compton interactions. This leads to the formation of an electron- positron pair halo, whose particle distribution is isotropic if a sufficiently strong intergalactic magnetic field (|B| > 1 nG) is present. In this work, a Monte Carlo method has been adopted. The pair halo energy and angular distributions for many different parameters such as injected distributions, CIB models and red shifts have been studied. A key result is that the pair halo energy and angular distributions are sensitive to the primary gamma photon energies only up to a certain limit, above which the photons interact with the cosmic microwave background. Also, it is found that at low red shift the spectrum of the CIB has a stronger influence on the pair halo energy distributions than on their angular distributions. For sources at high red shift, pair halo modelling of the angular distribution can be used as indirect means of probing the CIB intensity. The detection possibility of the pair halo from H1426+428 is also discussed.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Voelk, Prof. Dr. Heinrich J.
Date of thesis defense: 2 July 2003
Date Deposited: 09 Jul 2003 09:14
Date: 2003
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Kernastrophysik
Uncontrolled Keywords: gamma-ray astrophysics , extragalactic objects , Monte Carlo simulation , Cosmic Infrared Background
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