Agujeros negros de masa estelar en el Universo temprano

• Autores: Douna, Vanesa Mariel
• Año de publicación: 2018
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Pellizza, Leonardo J.; Mirabel, Félix
• Materia: REIONIZACION; BINARIAS DE RAYOS X; MICROCUASARES; JETS; METALICIDAD; REIONIZATION; X-RAY BINARIES; MICROQUASARS; JETS; METALLICITY
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Aproximadamente ~ 0.4 Myr después del Big Bang, el Universo se enfrió permitiendo la formaciónde hidrógeno neutro en el medio intergaláctico. Sin embargo, ~1 Gyr después del Big Bang, luego dela formación de las primeras galaxias, el medio intergaláctico se encontraba nuevamente ionizado. Lanaturaleza de las fuentes que proveyeron la energía necesaria para reionizar el Universo es aún temade debate. A pesar de que se atribuye a los fotones ultravioleta emitidos por las primeras poblacionesestelares la mayor parte de la reionización, se ha propuesto que la radiación X emitida por las binariasde rayos X de alta masa (HMXBs) podría haber contribuido a la ionización y al calentamiento del medio a gran escala. La importancia del efecto de estas fuentes en el Universo primordial depende del tamaño de las poblaciones, de las características de la emisión y de su interacción con el medio circundante. En este contexto, en la presente Tesis analizamos el supuesto incremento en el número y la luminosidadde las binarias de rayos X de alta masa en galaxias de baja metalicidad. Para corroborar estahipótesis, compilamos de la literatura una muestra observacional del tamaño y la luminosidad en X depoblaciones de HMXBs en galaxias cercanas, con estimaciones de metalicidad y tasa de formación estelar. Mediante inferencia bayesiana ajustamos modelos de la dependencia en la metalicidad del tamañoy la luminosidad de estas poblaciones. Concluimos que las HMXBs son típicamente diez veces másnumerosas por unidad de tasa de formación estelar en galaxias de baja metalicidad (12+log(O/H)~≤8,que equivale a~≤20% solar) que en galaxias con metalicidad solar. La dependencia de la luminosidadde las HMXBs en la metalicidad es pequeña comparada con la del tamaño de la población. Estos resultados refuerzan la necesidad de considerar el feedback en forma de rayos X y flujos de materia deestas fuentes energéticas en el Universo temprano. Algunas binarias de rayos X, conocidas como microcuásares (MQs) expulsan chorros colimados demateria relativista (jets) que interactúan con el medio circundante. En esta Tesis exploramos la contribución de los electrones acelerados en los jets de microcuásares al calentamiento y la ionización delmedio intergaláctico durante la Época de Reionización. Desarollamos simulaciones tipo Monte Carlode la propagación y deposición de energía de dichos electrones en su trayectoria a través del medio,y encontramos que los MQs contribuyen significativamente al calentamiento del medio intergalácticopero que solo ionizan cerca de las galaxias. Su efecto al calentamiento es del mismo orden de magnitudque el de los rayos cósmicos acelerados en supernovas.
Approximately ~ 0.4 Myr after the Big Bang, the Universe cooled down allowing the formation ofneutral hydrogen in the intergalactic medium. However, ~ 1 Gyr after the Big Bang, the intergalacticmedium was ionized again. The nature of the sources that provided the energy to reionize the Universeis still being debated. Although the mostly accepted agents of reionization are UV photons from thefirst stellar populations, it has been proposed that X-ray radiation emitted by high mass X-ray binaries (HMXBs) could have contributed to ionizing and heating the medium at large scales. The importanceof their effect on the primordial Universe depends on the size of the populations, the features of theiremission and its interaction with the surrounding medium. In this context, in the present Thesis we analyze the hypothesized increase in the number andluminosity of HMXBs in low-metallicity galaxies. To this aim, we compile from the literature a largeset of data on the sizes and X-ray luminosities of HMXB populations in nearby galaxies with knownmetallicities and star formation rates. We fit simple Monte Carlo models that describe the metallicitydependence of the size and luminosity of the HMXB populations by means of Bayesian inference. Wefind that HMXBs are typically ten times more numerous per unit star formation rate in low-metallicitygalaxies (12 + log(O/H) ≤8, namely ≤20% solar) than in solar-metallicity galaxies. The metallicitydependence of the luminosity of HMXBs is small compared to that of the population size. Our resultssupport the need to investigate the feedback in the form of X-rays and energetic mass outflows ofthese high-energy sources during cosmic dawn. A subgroup of X-ray binaries, known as microquasars (MQs), exhibit powerful relativistic jets thatinteract with the surrounding medium. In this Thesis we explore the contribution of electrons acceleratedin the jets of microquasars to heating and ionizing the intergalactic medium during the Epoch of Reionization. We develop Monte Carlo simulations of the propagation and energy deposition of theseelectrons as they travel away from their sources. We find that microquasars contribute significantlyto heating the intergalactic medium and are effective ionizers only near the galaxies. Their effect onheating is of the same order of magnitude than that of cosmic rays from supernovae.
Fil: Douna, Vanesa Mariel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.