Universität zu Köln

Nestoras, Ioannis (2015). Broadband radio jet emission and variability of γ-ray blazars. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Aktive Galaxienkerne (engl. AGN), insbesondere die Unterklasse der Blazare, zählen zu den energetischsten Objekten des beobachtbaren Universums. Sie zeigen extreme phäno-menologische Charakteristika wie rapide Variation der Flussdichte und der Polarisation über den gesamten Spektralbereich, Bewegung mit scheinbarer Überlichtgeschwindigkeit, hohe Polarisation und eine spektrale Energieverteilung, die das gesamte Spektrum abdeckt, mit einem typischem Verlauf , der zwei Maxima im niedrigen und hohen Energiebe-reich zeigt. Die Details der Emissionsprozesse und der drastischen Variabilität sind bislang nicht vollständig verstanden. Untersuchungen der Variabilität geben Hinweise auf die Größe, Struktur, Physik und Dynamik der strahlungsemittierenden Region. Daher sind kontinuierliche AGN/Blazar-Beobachtungskampagnen von höchster Bedeutung, um den Ursprung der Energieproduktion zu verstehen. In diesem Rahmen wurde das F-gamma Programm initialisiert, in welchem seit 2007 monatlich etwa 60 von fermi identifizierte AGNs/Blazare in 12 Frequenzen zwischen 2.6 und 345GHz beobachtet werden. Für diese Doktorarbeit wurden Beobachtungen am Effelsberg-100m-Teleskop (EB) und am Pico~Valeta-30m-Teleskop (PV) in 10 Frequenzbändern von 2.64 bis 142GHz durchgeführt sowie die zugehörige Datenanalyse. Die Beobachtung von 59 Objekten in verschiedenen Frequenzen über einen Zeitraum von fünf Jahren erlaubt zum ersten Mal das detaillierte Untersuchen von Intensitätsausbrüchen (Flares) sowohl in den Lichtkurven als auch in den Spektren für eine große Anzahl von Objekten bei so hoher Zeitauflösung. Die Beobachtungssysteme und -methoden werden in dieser Arbeit vorgestellt, ebenso wie die Methoden der Datenreduktion. Die Arbeit ist in nachfolgende Kapitel unterteilt. In Kapitel 3 werden die Methoden der Datenreduktion vorgestellt, die nach der Beoba-chtung angewendeten Korrekturen, darunter Offsets der Teleskopausrichtung, Signalve-rstärkung, Sensitivitäts und spezifische weitere Korrekturen, die auf die Daten der effelsberg und Pico Veleta Systeme angewendet wurden. In Kapitel 4 werden die Methoden der Datenanalyse dargestellt, darunter die Charakterisierung der Variabilität, der Flare--Amplituden mit einer neuen Methode zur Einschät-zung der intrinsischen Standardabweichung, der typischen Flare--Zeitskalen mittels Anwendung der Strkturfunktion sowie Abschätzung der spektralen Indizes und der Maxima der spektralen Energieverteilung. In Kapitel 5 werden die Ergebnisse präsentiert, die auf der Untersuchung der 5-Jahres-Lichtkurven basieren. Die Signifikanz der Variabilität wird mittels eines x^2--Testes abgesch-ätzt sowie die Amplituden der Flares unter Verwendung der intrinsischen Variabilität der Lichtkurven und dem hier neu eingeführtem k--Index. Der k--Index erlaubt die Charakterisierung der beobachteten Variabilitätsamplituden über den gesamten Frequenzbereich und ermöglicht es somit Schranken für die Parameter verschiedener physikalischer Modelle zu finden. Des Weiteren werden Flare-Zeitskalen, Strahlungstemperatur und Doppler-Faktoren diskutiert. In Kapitel 6 werden entsprechend die Ergebnisse der Spektralanalyse dargestellt, daru-nter die Spektral-Indizes und die S_max -- ν_max Analyse. Indem das Maximum jeder spektralen Energiedichte verschiedener Objekte ermittelt wird, ist es möglich die Entwicklung eines Intensitätsausbruches in der S_max -- ν_max Ebene zu verfolgen. Dies erlaubt verschiedene physikalische Prozesse zu unterscheiden, die Ursache für dieses Verhalten sind. In Kapitel 7 werden die Ergebnisse dieser Doktorarbeit und deren Interpretation zusa-mmengefasst.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language AGN (Active Galactic Nuclei) and in particular their subclass blazars, are among the most energetic objects observed in the universe, featuring extreme phenomenological characteristics such as rapid broadband flux density and polarization variability, fast super--luminal motion, high degree of polarization and a broadband, double-humped spectral energy distribution (SED). The details of the emission processes and violent variability of blazars are still poorly understood. Variability studies give important clues about the size, structure, physics and dynamics of the emitting region making AGN/blazar monitoring programs of uttermost importance in providing the necessary constraints for understanding the origin of energy production. In this framework the F-gamma program was initiated, monitoring monthly 60 fermi detected AGN/blazars at 12 frequencies between 2.6 and 345GHz since 2007. For the thesis in hand observations and data analysis were performed within the realms of the F-gamma program, using the Effelsberg (EB) 100m and Pico Veleta (PV) 30m telescopes at 10 frequency bands ranging from 2.64 to 142GHz. The cm to short-–mm variability/spectral characteristics are monitored for a sample of 59 sources for a period of five years enabling for the first time a detailed study of the observed flaring activity in both the light curve and spectral domains for such a large number of sources and such high cadence. Also the observing systems and methods are introduced as well as the data reduction techniques. The thesis at hand is structured as follows: Chapter 3 presents the reduction methods and post measurement corrections applied to the data such as pointing offsets, gain--elevation and sensitivity corrections as well as specific corrections applied for each of the Effelsberg and Pico Veleta observing systems respectively. Chapter 4 presents the analysis tools and methods that were used such as: variability characteristics, flare amplitudes with a new method for estimating the intrinsic standard deviation, flare time scales using Structure Function analysis, spectral indices and spectral peak estimations. Chapter 5 presents the results of the analysis performed upon the five year light curves. The significance of variability through a x^2 test is estimated as well as the flare amplitudes using the intrinsic variability of the light curves along with a new proposed k--index. The introduction of the k--index enables the characterization of the observed variability amplitudes across frequency, thus permitting us to limit the parameter space of various physical models. Also flare time scales, brightness temperatures and Doppler factors are reported. Chapter 6 presents the corresponding analysis in the spectral domain, including results for spectral indices and an S_max - v_max analysis. By determining the spectral peak of every spectra for a selected number of sources, it is possible to track the evolution of the flaring activity in the S_max - v_max plane, enabling us to discriminate between different underlying physical mechanisms that are in action. Finally Chapter 7 includes the overall discussion and a summary of results obtained. English
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Nestoras, Ioannis inestoras@gmail.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-62037
Date:	1 April 2015
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Physics > Institute of Physics I
Subjects:	Physics
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language AGN English Radioastronomy English Jets English
Date of oral exam:	22 June 2015
Referee:	Name Academic Title Eckart, Andreas Prof. Dr. Zensus, Anton Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/6203