Modelowanie aktywności wysokoenergetycznej w układach podwójnych z pulsarem

Dane obserwacyjne dostarczone przez detektor LAT umieszczony na pokładzie obserwatorium Fermi spowodowały drastyczny wzrost liczby zarejestrowanych źró-- deł gamma. Wyłonione została niepozna-na dotąd grupa układów podwójnych zbudoxx,onych z masywnej gwiazdy i obiektu zwanego, emitujących wysokoenergetyczne promieniowanie 'y (> 100 MeV). Układy te stanowią nieliczną i słabo poznane grupę. Pomimo intensywnego prowadzenia obserwacji, rodzaj obiektu zwaitego w większości układów przynależących do wymienioną grupy pozostaje nieznany. Charakterystyka widmowa poznanych układów galnnla jest podobna do emisji rejestrowanqi z pulsarów gamma. Cecha ta stała się podstawą do stworzenia modelu emisji wysokoenergetyczncj z układów gamma, opartej o obecllość w nich pulsara jako obiektu zwaitego. Zmienność orbitalna strumienia wysokoenergetycznego wskazuje na istnienie dodatkowego procesu odpowiedzialnego za emisję wysokoenergetyczną, którego intel)żywność modulowana jest okresem zgodnym z okresem orbitalnym układu. Badanie układów gamma pozwala zdobywać i poszerzać wiedzę na temat procesów fizycznych za.chodzących w ekstremalnych warunkach. Mechanizm przyspieszania cząstek czy proces produkcji promieniowania wysokoenergetycznego, w dalszym ciągu posiadają wiele aspektów i cech wymagających lepszego poznania. Brak pełnego zrozumienia powyższych odzwierciedla się w uproszczeniach stosowanych w modelach układów gamma. Wśród prac zakładających istnienie pulsara jako obiektu zwaitego w układach gamma można wymienić między innymi Dubus et al. (2008)l Sierpowska-Bartosik & Torres (2008); Bednarek (2011); Dubus et al. (2015). W niniejszej pracy zaprezentowany został model emisji wysokoenergetycznej z układów gamma oparty o proces odwrotnego rozpraszania Comptona fotonów gwiazdowych w rejonie lliezszokowanego wiatru pulsarowego. Model został przeanalizowany na podstawie najlepiej poznanego z układóxv gamma - układu LS 5039. Głównym celem pracy jest zbadanie wpływu kształtu rozkładu energetycznego elektronów na zgodność widm oraz krzywej blasku uzyskiwanych z modelu z danymi obserwacyj] tymi. Ponadto określone zostało znaczenie uwzględnienia w modelu obszaru szoku powstającego na skutek zderzenia magnetohydrodynanlicznego wiatru pulsarowego z wiatrem gwiazdowym. Rozważono także istllienie w układzie hipote tycznego obszaru, w którym cząstki z wiatru pulsarowego doznają przyśpieszenia. Pracę podzielono na rozdziały, z których pierwszy stanowi wprowadzenie do astrofizyki wysokich energii. Opisano w llim pierwsze odkrycia prowadzące do rozpoczęcia l obserwacji nieba w zakresie lx'sokoenergetycznym okaz ich ewolucję w czasie. Rozdziały od drugiego do czwartego poświęcono na opis teorii związanej z prezentowanym tematem. W rozdziale drugim zawarto podstaxĄry teoretyczne oraz obserwacje wysokoenergetyczne pulsaiów. Kolejny rozdział poświęcono na prezentu(ję znanych układów podwójnych emitujących w zakresie wysokich energii. W rozdziale czwartym opisano wybrane modele układu LS 5039, w których za obiekt zwarty przyjęto pulsar. Model opisywany w niniejszej pracy został opisany w rozdziale piątym. Kolejny rozdział poświęcono na przedstan'ienie szczegółou,ej analizy wpływu pa-rametrów stworzonego model na jego wyniki. W rozdziale siódmym przedstawione zostały IA,yniki opisywanego modelu dla układu LS 5039 dla różnych przyjętych w nim założeń. Wyznaczone zostały wartości parametrów modelu, dla których jego wyniki najlepiej opisują dane obserwacyjne układu.Podsumowanie pracy zawarto w rozdziale ósmym. W dodatku A zebrano wykorzystaną w płacy notację i oznaczenia wraz z ich krótkim opisem. Bednarek, W. 2011, Monthly Notices of the RAS, 418, L49 Dubus, G., Cerutti, B., & Henri, G. 2008, Astronomy and Astrophysics, 477, 691 Dubus, G., Lamberts, A., & nomang, S. 2015, Astronomy and Astrophysics, 581, A27 Sieipowska-Bartosik, A. & Torres, D. F. 2008, Astroparticle Physics, 30, 239

The observational data collected by the LA.T detector placed on-board the Fermi space obseivatory caused an enormous growth in the number of registered gammaray sources. The previously unknown type of binaries, composed of a lnassive star and a. compact object, emitting high energy gamma-ray radiation (> 100MeV), was revealed. These gamma-ray binaiies constitute a small and not well knowii group. Despite inteilsive observational eHort, the nature of the coiiipact object in most of these systems remains unknown. The spectral characteristics of the gammaray binaries are similar to the emissions from the gamma pulsats.This feature was the reason the model of high ellergy emission from gamma-ray binaries was created based on the assumption, that a pulsar is the compact object in such systems. A high energy faux modulation with a period consistent with the oibital period indicates an additional process responsible for the high energy emissions. A deep study of gamma-ray binaries allows to gaiil and broaden the current knowledge about the physical processes occurring in extreme conditions. Neither the mechanizm of particle acceleration nor the production of high energy radiation is yet wall understood. A lack of a full understanding of there phenomena is refiected in simplifications used in models of gamma-ray binalies. Among works, in which pulsar is assumed to be a compact object in gamma-ray binaries, one can list Dubus et al. (2008)l Sierpowska-Baltosik & Torres (2008)l Bednarek (2011)l Dubus et al. In this thesis, a model of a high energy emission trolli gamma-ray binaries is presented. It is based on the inverse Compton scattering process of stellar photons in the unshocked pulsar wind region. The model was applied to the best known i)lember of a mentioned group of binaiies binary LS 5039. The main goni of this thesis is to investigate the impact of the shape of the electron energy distribution on the validity of the model iesults when confronted with observations, i.e. spectla and light curves. Furthermore, the inlpact of including the shock, formed as a result of a collisioll of the magneto-hydrodynamic pulsar wind with the stellar wind, was established. Additionally, a hypothetical region was considered, in which the pulsar wind particles are accelerated. The thesis is organized in sectiolls, where the first is a.n intioduction to the high energy astrophysics. The primo discoveries are described, which led to starting the observations in the high energy band and their development in time. The second section is dedicated to the theoretical knowledge and the observations of pulsais. In the next section the observations of known gamma-lay binaiies are described. The (2015) E l fourth section coi:ttains specifications on a selection of models of LS 5039 binary, in which a pulsar is considered as the compact object. The model created by the author of this thesis is introduced in the fifth section. The next section is dedicated to the detailed analysis of the significance of the pala-meteis of the model and their impact on the results. In the seventh section the results of the model for the binaiy LS 5039 are presented for different assumptions. This section albo contains several paranleter values selected for the best conlpatibility between the observations and the model result. The summary of this work is presented in the eight section. Additionally, one appendix is included containing used notation with a sport description.