@misc{10481/97603,
year = {2024},
url = {https://hdl.handle.net/10481/97603},
abstract = {Blazars, a type of active galactic nuclei (AGNs), are among the most energetic objects
in the universe. They are generally accepted to consist of a super massive black hole
(SMBH) at the center of a galaxy that is surrounded by an accretion disk and usually
a dusty torus, with symmetrical jets of matter emanating from the vicinity of the
black hole and the accretion disk. Particles in the jet are accelerated and collimated
to speeds close to the speed of light. These relativistic jets many times extend far
beyond the size of their host galaxy, and can have dramatic effects in their life and
evolution. Moreover, emission from blazars typically outshines the emission of their
host galaxy. The exact mechanisms of this emission are not well understood, and
questions remain about the processes of acceleration and collimation of particles in
the jet as well as about the particle composition of the jet and the location and cause
of the observed variability and γ-ray emission. While the first, low energy bump of
blazar spectral energy distributions (SEDs) is widely accepted to be explained by
synchrotron radiation, the origin and exact nature of the second, high energy bump is
still uncertain. In leptonic scenarios, this bump is accepted to be the result of inverse
Compton scattering off relativistic electrons, but there is no agreement on the origin
of the scattered photon field. Two mean competing scenarios are proposed: photons
originating in the same region, in which case the process is termed synchrotron self-
Compton (SSC), or photons (mostly of thermal origin) external to the emitting region
itself (external Compton, EC), with distinction made according to the possible origin
of these photons (the cosmic microwave background, the accretion disk, etc). In this
thesis we introduce the blazar phenomenon and present some of the work of research
that has been conducted to answer these questions.
In Chapter 1 we succinctly outline the observational history of blazars and introduce
some of the fundamental physics and concepts behind them. Chapter 2
introduces the observational techniques that are required for the multi-wavelength
study of these objects, and gives an account of the significant observational effort
that has been performed; among others: photo-polarimetric mm-wavelength observations
at the IRAM 30m telescope within the POLAMI program, observations and data reduction of optical photo-polarimetric data at the Sierra Nevada and Calar
Alto observatories, and on-site data-taking and analysis of very-high energy γ-ray
observations with the MAGIC and LST-1 telescopes at the Roque de los Muchachos
Observatory, in La Palma.
Chapters 3, 4 and 5 present novel research conducted in the framework of this
thesis, and correspond to three articles accepted in high-impact peer-reviewed journals.
Chapters 3 and 4 are detailed multi-wavelength studies of the blazar source
AO 0235+164, a source that displays particularly interesting characteristics such
as repeating flaring activity, strongly correlated multi-wavelength emission, unusual
behavior in the X-ray spectrum, and variations in the angle of propagation of identified
features in high-resolution VLBI images, among others. Multiple approaches
are attempted to tackle the problem of explaining the behavior of this source, such
as cross-correlation analysis, geometric and kinematic analysis of VLBI features,
multi-epoch modeling of the spectral energy distribution, and other analyses, in a
compatible and sensible way. Chapter 5 presents IOP4, a pipeline developed as part
of this thesis to address the challenges of optical photo-polarimetric monitoring programs
of these sources, which are an essential tool for any comprehensive study of
blazars. The paper describes the basic design and implementation of the pipeline,
as well as some of its novel features.
Finally, we summarize the work done and highlight our conclusions in Chapter 6.},
abstract = {Los blázares, un subtipo entre los núcleos activos de galaxias (AGNs), se encuentran
entre los objetos más energéticos del universo. Se acepta generalmente que consisten
en un agujero negro supermasivo (SMBH) en el centro de una galaxia rodeado por
un disco de acrecimiento y, usualmente, un toro de polvo, con chorros simétricos de
materia que emanan de las proximidades del agujero negro y el disco de acrecimiento.
Las partículas en el chorro son aceleradas y colimadas a velocidades cercanas a
la de la luz. Estos chorros relativistas muchas veces se extienden mucho más allá
del tamaño de su galaxia anfitriona y pueden tener efectos dramáticos en su vida y
evolución. Además, la emisión de los blázares típicamente supera a la emisión de su
galaxia anfitriona. Los mecanismos exactos de esta emisión no se comprenden bien,
y quedan preguntas sobre los procesos de aceleración y colimación de partículas en
el chorro, así como sobre la composición de partículas del chorro y la ubicación y
causa de la variabilidad observada y la emisión de rayos γ. Mientras que se acepta
ampliamente que el primer pico de baja energía de las distribuciones espectrales
de energía (SEDs) de los blázares se debe a radiación sincrotrón, el origen y la
naturaleza exacta del segundo pico de alta energía es aún incierto. En los escenarios
leptónicos, se acepta que este pico es el resultado de una dispersión Compton inversa
por electrones relativistas, pero no hay acuerdo sobre el origen del campo de fotones
dispersados. Se proponen dos escenarios principales competidores: fotones que se
originan en la misma región, en cuyo caso el proceso se denomina sincrotrón auto-
Compton (SSC), o fotones (mayormente de origen térmico) externos a la propia
región emisora (Compton externo), con distinción según el posible origen de estos
fotones (el fondo cósmico de microondas, el disco de acrecimiento, etc).
En esta tesis introducimos el fenómeno de los blázares y presentamos algunos de
los trabajos de investigación que se han realizado para responder a estas preguntas.
En el Capítulo 1 revisamos sucintamente la historia observacional de los blázares
e introducimos algunos de los conceptos y física fundamental tras ellos. El Capítulo
2 presenta las técnicas observacionales requeridas para el estudio multi-longitud de
onda de estos objetos y da cuenta del significativo esfuerzo observacional realizado; entre otros: observaciones foto-polarimétricas en longitudes de onda milimétricas en
el telescopio IRAM de 30m dentro del programa POLAMI, observaciones y reducción
de datos foto-polarimétricos en óptico en los observatorios de Sierra Nevada y Calar
Alto, y toma y análisis de datos in situ de observaciones de rayos γ de muy alta
energía con los telescopios MAGIC y LST-1 en el Observatorio del Roque de los
Muchachos, en La Palma.
Los Capítulos 3, 4 y 5 presentan investigaciones novedosas realizadas en el marco
de esta tesis, y corresponden a tres artículos aceptados en revistas de alto impacto
revisadas por pares.
Los Capítulos 3 y 4 son estudios detallados en múltiples longitudes de onda de la
fuente blázar AO 0235+164, una fuente que muestra características particularmente
interesantes como actividad de erupciones repetidas, emisión en múltiples longitudes
de onda fuertemente correlacionada, comportamiento inusual en el espectro de rayos
X y variaciones en el ángulo de propagación de componentes identificadas en imágenes
VLBI de alta resolución, entre otras. Se combinan múltiples enfoques para abordar el
problema de explicar el comportamiento de esta fuente, como análisis de correlaciones
cruzadas, análisis geométrico y cinemático de componentes en VLBI, modelado de
la distribución de energía espectral en múltiples épocas y otros análisis, de manera
compatible y coherente.
El Capítulo 5 presenta IOP4, una pipeline desarrollada como parte de esta tesis
para abordar los desafíos de los programas de monitoreo foto-polarimétrico en óptico
de estas fuentes, que son una herramienta esencial para cualquier estudio integral
sobre los blázares. El artículo describe el diseño básico y la implementación de la
pipeline, así como algunas de sus características novedosas.
Finalmente, resumimos el trabajo realizado y destacamos nuestras conclusiones
en el Capítulo 6.},
organization = {Tesis Univ. Granada.},
publisher = {Universidad de Granada},
title = {Jets, acrecimiento y campos magnéticos en el entorno de agujeros negros supermasivos en los centros de galaxias},
author = {Escudero Pedrosa, Juan},
}