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.
