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Very High Energy Radiation From Binary System PSR B1259-63/SS 2883

Hnatic, Slavomir

German Title: Hochenergie Gammstreuung von dem binaerenen System PSR B1259-63/SS 2883

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Abstract

The inverse Compton (IC) scattering of ultrarelativistic electrons accelerated at the pulsar wind termination shock is believed to be responsible for TeV gamma-ray signal reported from the binary system PSR B1259-63/SS2883. While this process can explain the energy spectrum of the observed TeV emission, the gamma-ray fluxes detected by HESS at dif\/ferent epochs do not agree with the published theoretical predictions of the TeV lightcurve. In this work, evolution of the energy spectra of relativistic electrons under different assumptions about the acceleration and energy-loss rates of electrons, is studied. Consequently, it is demonstrated that the observed TeV lightcurve can be explained (i) by adiabatic losses which dominate over the entire trajectory of the pulsar with a signif\/icant increase towards the periastron, or (ii) by sub-TeV cutoffs in the energy spectra of electrons due to the enhanced rate of Compton losses close to the periastron. The calculated spectral and temporal characteristics of the TeV radiation provide conclusive tests to distinguish between these two working hypotheses. The Compton deceleration of the electron-positron pulsar wind contributes to the decrease of the nonthermal power released in the accelerated electrons after the wind termination, and thus to the reduction of the IC and synchrotron components of radiation near the periastron. Although this effect alone cannot explain the observed TeV and X-ray lightcurves, the Comptonization of the cold ultrarelativistic wind leads to the formation of gamma-radiation with a line-type energy spectrum. While the HESS data already constrain the Lorentz factor of the wind, Gamma < 1e6, future observations of this object with GLAST should allow a deep probe of the wind Lorentz factor in the range between 1e4 and 1e6.

Translation of abstract (German)

Es wird angenommen, dass die inverse Compton Streuung von ultra-relativistischen Elektronen, die durch den Pulsar Wind Termination Shock beschleunigt werden, verantwortlich ist fuer das TEV Gamma-Strahlungs Signal, dass von dem binaeren System PSR B1259-63/SS2883 berichtet wurde. Obwohl dieser Prozess das Energiespektrum der beobachteten TeV Emission erklaert, stimmen die von HESS in anderen Zeitraeumen gemessenen Gamma-Strahlen-Fluesse nicht mit den veroeffentlichten, theoretisch berechneten, Vorhersagen fuer die TeV Lichtkurve ueberein. In dieser Arbeit werden die Veraenderungen untersucht, welche die Energie-Spektren der relativistischen Elektronen, bei verschiedenen Annahmen zu der Beschleunigung und dem Energie-Verlust der Elektronen, durchlaufen. Mithin wird gezeigt, dass die beobachtete TeV Lichtkurve erklaert werden kann, (i) durch auf der gesamten Umlaufbahn des Pulsars dominierende adiabatische Verluste, mit einem signifikanten Anstieg nahe des Periastron, oder (ii) durch sub-TeV Cutoffs im Energie-Spektrum der Elektronen, verursacht durch verstaerkte Compton-Verluste nahe am Periastron. Die berechneten spektralen und zeitlichen Charakteristiken der TeV Strahlung liefern ueberzeugende Tests, um zwischen diesen beiden Arbeitshypothesen zu unterscheiden. Die Compton-Abbremsung des pulsaren Elektron-Positron Windes traegt zu der Abnahme der, von den beschleunigten Elektronen, nach der Wind Termination, abgegebenen, nicht-thermischen Leistung bei, und damit auch zu der Abnahme der IC und Synchrotron Komponenten der Strahlung nahe am Periastron. Obwohl dieser Effekt allein nicht die beobachteten TeV und Roentgen Lichtkurven erklaeren kann, fuehrt die Comptonisierung des kalten ultra-relativistischen Windes zu einer Bildung von Gamma-Strahlung mit einem linien-artigen Energie-Spektrum. Waehrend die HESS Daten den Lorentz-Faktor des Windes auf Gamma < 1e6 beschraenken, sollten zukuenftige Beobachtungen dieses Objekts mit GLAST genauere Ueberpruefungen des Lorentz-Faktors, im Bereich zwischen 1e4 und 1e6, erlauben.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Wagner, Prof. Stefan
Date of thesis defense: 2 May 2007
Date Deposited: 09 Nov 2007 10:17
Date: 2007
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
Uncontrolled Keywords: pulsars , gamma-rays
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