Estudio radiointerferométrico de la binaria con colisión de vientos WR 147

• Autores: Blanco, Agustina Belén
• Año de publicación: 2021
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis de grado
• Colaborador/a o director/a de tesis: Palacio, Santiago del; Benaglia, Paula
• Materia: Astronomía; Estrellas; Gravitación; Sincrotrones; Vientos; Radioastronomía
• Institución: Universidad Nacional de La Plata

En este trabajo investigamos la emisión radiocentimétrica de la región de colisión de vientos de estrellas masivas ligadas gravitacionalmente. En particular, estudiamos al sistema binario WR 147. La emisión no térmica en ondas de radio (sincrotrón) está asociada a una población de electrones acelerados a velocidades relativistas en choques fuertes y a la presencia de campos magnéticos intensos. La emisión térmica en radio, en cambio, está asociada a los vientos ionizados de las estrellas y, en menor medida, al plasma a alta temperatura presente en la región de colisión de vientos. Nuestro objetivo es caracterizar ambas componentes de emisión estudiando la distribución espectral de energía observada en un rango amplio de frecuencias. Esto, a su vez, permite estimar la capacidad de este tipo de fuentes como aceleradoras de partículas relativistas. Para llevar a cabo este proyecto, contamos con observaciones tomadas con el interferómetro estadounidense Jansky Very Large Array. Con estos datos, medimos la densidad de flujo de la fuente en la banda C (4−8 GHz) obteniendo un flujo promedio Sν = 39.3 ± 1.8 mJy. Medimos también la densidad de flujo en cada ventana espectral de la banda. Nuestras imágenes a las frecuencias más altas (∼ 8 GHz) logran resolver marginalmente la región de colisión de vientos. Utilizando además datos de la literatura a otras frecuencias, ajustamos el espectro en radio como la suma de una componente no térmica y otra térmica, es decir, Sν = SNT ν + Sth ν . Con esto obtuvimos los índices espectrales αNT ≈ −0.8 ± 0.1 para la emisión sincrotrón y αth ≈ 0.76 ± 0.03 para la emisión térmica de los vientos ionizados. Finalmente, analizamos esta emisión utilizando un código de radiación no térmica optimizado para regiones de colisión de vientos en sistemas binarios. Ambos vientos estelares inyectan una potencia de Liny ∼ 8 × 1033 erg s−1 en la región de colisión de vientos. En base al ajuste de la distribución espectral de energía en todo el rango de radiofrecuencias determinamos que el índice espectral de la población de partículas relativistas debe ser p ∼ 2. Además, podemos estimar valores para el campo magnético en el ápex de la región de colisión de vientos en el rango de B ∼ 6–60 mG y para la fracción de potencia Liny transferida a partículas relativistas en el rango fNT ∼ 0.004–0.1; estos dos parámetros se encuentran correlacionados de manera tal que un valor alto de B se corresponde con uno bajo de fNT y viceversa. Concluimos que esta degeneración entre B y fNT podría resolverse con observaciones sensibles en el rango de altas energías con instrumentos actuales o en desarrollo.
In this work, we investigate the cm-continuum emission from the wind-collision region of massive stars that are gravitationally bound. In particular, we study the binary system WR 147. On the one hand, non-thermal radio emission (synchrotron) is associated with a population of relativistic electrons accelerated in strong shocks with intense magnetic fields. On the other hand, thermal radio emission is associated with the ionized winds of the stars and, to a lesser extent, to the high temperature plasma present in the windcollision region. We intend to characterize both emission components by studying the spectral energy distribution observed on a wide range of frequencies. In addition, this will allow us to estimate the capacity of this type of sources to accelerate relativistic particles. For this purpose, we analyze observations taken with the american interferometer Jansky Very Large Array. We use these data to measure the flux density of the source in C-Band (4–8 GHz) obtaining an average flux of Sν = 39.32 ± 1.82 mJy. We also measure the flux density in every spectral window from our bandwidth. The images at higher frequencies (∼ 8 GHz) achieve a marginal resolution of the wind-collision region. Making use of bibliographic data at different frequencies, we fit the radio spectrum as a non-thermal component plus a thermal one, i.e., Sν = SNT ν + Sth ν . The fit results in values for the spectral indices of αNT ≈ −0.8 ± 0.14 for synchrotron emission and αth ≈ 0.76 ± 0.03 for the thermal emission from the ionized winds. Finally, we interpret this emission by using a non-thermal radiative code optimized for colliding-wind binaries. We find that both stellar winds inject a kinetic power of Linj ∼ 8 × 1033 erg s−1 in the wind-collision region. Based on the fitting of the spectral energy distribution along the whole range of radio-frequencies, we determine that the spectral index that describes the population of relativistic particles should be p ∼ 2. Moreover, we are able to estimate values for the magnetic field in the apex of the wind-collision region, B, between ∼ 6–60 mG, while the fraction of power Linj injected in relativistic particles takes up values from fNT ∼ 0.004 to 0.1; these two parameters are correlated in such a way that a high value for B matches with a low one for fNT and vice-versa. We conclude that this degeneracy between B and fNT could be solved with deep observations at high energies (X-rays and γ-rays) carried out with some of the top current facilities.
Licenciado en Astronomía
Universidad Nacional de La Plata
Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas