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Analysis of the Large Gamma Ray Flares of Mkn 421 as observed with HEGRA CT1 on the island La Palma in 2001 / Ph.D.Thesis by Thomas Schweizer ; supervised by Manel Martínez and Eckart Lorenz
Schweizer, Thomas
Martinez Rodriguez, Manel, dir. (Institut de Física d'Altes Energies)
Lorenz, Eckart, dir. (Max Planck Institut für Physik (Múnic, Alemanya))

Publicació: Bellaterra : Universitat Autònoma de Barcelona, 2003
Resum: En este documento presentaré un resumen de mi análisis acerca de los periodos de gran actividad de emisión gamma en 2001 para el objeto Mkn421. El análisis clásico y los métodos de separación gamma/hadrón para los telescopios Cherenkov han sido mejorados usando nuevas técnicas, que han sido escogidas y testeadas por primera vez aqui. Un completo paquete de análisis de proximadamente 50. 000 de código ha sido implementado en OOT/C++. Éste contiene, aparte de los métodos estandard de análisis para telescopios Cherenkov, los siguientes aspectos novedosos: - Un análisis de discriminación lineal modificado para mejorar la separación gamma/hadrón. También se puede usar como una herramienta para cuantificar la capacidad de separación para diferentes parámetros de imagen y nuevos algoritmos de limpieza de la imagen que han sido implementados y estudiados en detalle. - Diferentes algoritmos que realizan el limpiado de la imagen, una técnica que se suele usar para suprimir el ruido de fondo de la imagen, han sido escogidos y probados para conseguir una mayor separación entre gammas y hadrones. - Introducción de nuevos parámetros de imagen que mejoran la separación gamma/hadrón. - Aplicar pesos en el cálculo de los parámetros de la imagen, los llamados parámetros de Hilla, que mejoran la separación gamma/hadrón. Complementario a estas mejoras, los puntos estándards de análisis también han sido implementados. Estos son: - Un programa para estimar la energia basado en el método de minimos cuadrados. Con éste método se consigue una resolución en energia promedio de aproximadamente 24%. - un programa para calcular las áreas efectivas. - Un programa para calcular el espctro usando una deconvolución de la resolución en energia obtenida a partir de generaciñon MonteCarlo. Esto no soluciona el problema de spill-over de bines de máxima a minima energia,pero corrige errores sistemáticos introducidos por un estimador de la energia que no es completamente lineal. - Un program para calcular la dependencia en el tiempo del flujo integrado (curva de luz) para varios rangos de energia. Las áreas efectivas correspondientes han sido determinadas usando la forma del espectro, que ha sido previamente calculado. - Un programa para calcular el hardness ratio de la curva de luz. - Un programa para calcular la correlación entre curvas de luz en rayos X y en rayos gamma. Éste análisis mejorado ha sido aplicado a los periodos de gran actividad de emisión gamma en 2001 para el objeto Mkn421. Resumido, los ressultados finales son los siguientes: - El espectro de la nebulosa del cangrejo a sido calculado y ajustado a una recta con un índice expectral de 2. 5+01. +0. 1 y una constante de flujo de 3. 0+0. 33+0. 5 TeV-1cm-2s-1 que está en una concordáncia con las medidas hechas con otros telescopios Cherenkov. - Un ajuste del espectro promedio a una recta para el objeto Mkn421 fue rechazado por un chisquare de 74/9. Una recta con un coret exponencial fue aceptable con un chisquare de 6. 3/8. El índice espectral es 1. 88+0. 15+0. 1. El corte se daba para Ec = 3. 1+0. 5+1. 0 TeV. - El espectro para cinco niveles diferentes de flujo fue calculado y fue posible mostrar que el espectro cambia significantemente cuando aumenta el flujo. El espectro se desplaza a altas energias. Éste desplazamiento del espectro en la región por debajo de 2 TeV puede ser verificado con un análisis independiente usando el hardness ratio. - El flujo en rayos X medido con ASM/RXTE muestra una clara y significante correlación con los datos en TeV de aproximadamente 0. 74+-0. 12 (para bines de un dia). - Estudios de correlación con datos CT1/ASM y ASCA/TeV, indican una relación lineal entre flujo en rayos X y flujo en gamma.
Resum: In this document I present an analysis of the large gamma flares of 2001. The classical analysis and gamma/hadron separation methods of Cherenkov telescopes have been improved by several new techniques, which have been tried and tested for the first time here. A complete analysis package of approximately 50. 000 lines of code has been developed in ROOT/C++ which contains, apart from the items of a standard analysis for Cherenkov telescopes, the following new features: * A modified linear discriminant analysis to enhance the gamma/hadron separation. It is also used as a tool to quantify the separation capability of different sets of (new) image parameters and new image cleaning algorithms that have been tested and studied in detail. * Different algorithms that perform so-called image cleaning,a technique which is widely used to remove noise background in the image, have been tried and tested with respect to improvement of gamma/hadron separation. * Introduction of new image parameters that improve gamma/hadron separation and the * Introduction of weights in the calculation of the image parameters, the so-called 'Hillas' parameters, which improve gamma/hadron separation. In addition to these improvements, the standard items have also been implemented. They are: * A program to estimate the energy on the basis of the least squares method. It achieves an average energy resolution of approximately 24 %. * A program to calculate effective areas. * A program to calculate the spectrum by unfolding the energy resolution obtained from MC generators. This not only solves the spill-over problem from higher energy bins to lower energy bins, but it also corrects for systematic biases introduced by an energy estimate that is not completely linear. * A program to calculate the time dependent integrated flux (light curve) in various energy ranges. The According effective areas have been determined from the actual shape of the spectrum, which was previously calculated. * A program to calculate the hardness ratio of the lightcurve. * A program to calculate the correlation between x-ray lightcurves and gamma -ray lightcurves. The improved analysis has been applied to the measurements of the large gamma flares in 2001 of Mkn 421. In brief, the final results are the following: * The spectrum of the Crab nebula was calculated and yielded a pure powerlaw with a spectral index of alpha =2. 5pm 0. 1pm 0. 1 and a flux constant of F_{0}=3. 0pm 0. 33pm 0. 5, , TeV^{-1}cm^{-2}s^{-1} which is in good agreement with the measurements of other Cherenkov telescopes. * A pure power law fit to the averaged spectrum of Mkn 421 was rejected by a chisquare of chi ^{2}/NDF=74/9. A power law fit with exponential cutoff was accepted by a chisquare of chi ^{2}/NDF=6. 3/8. The spectral index is alpha =1. 88pm 0. 15pm 0. 1. The cutoff was found at E_{c}=3. 1pm 0. 5pm 1. 0 TeV. * The spectrum for five different flux levels were calculated and it was possible to show that the spectrum changes significantly with increasing flux: It gets harder. The hardening of the spectrum in the region below 2 TeV could be verified by an independent analysis using the hardness ratio. * The x-ray flux measured with ASM/RXTE shows a clear and significant correlation to the TeV data of approximately 0. 74+-0. 12 (for one day bins). * Both correlation studies, with CT1/ASM data and ASCA/TeV data, yielded a linear relation between x-ray flux andgamma -ray flux.
Nota: Bibliografia
Nota: Tesi doctoral - Universitat Autònoma de Barcelona, Facultat de Ciències, Departament de Física, 2002
Nota: Consultable des del TDX
Nota: Títol obtingut de la portada digitalitzada
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Llengua: Anglès.
Document: Tesis i dissertacions electròniques ; doctoralThesis
Matèria: Galàxies actives ; Raigs gamma ; Detectors ; Telescopis
ISBN: 8468810193

Adreça alternativa:: http://hdl.handle.net/10803/3343


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Documents de recerca > Tesis doctorals

 Registre creat el 2009-05-07, darrera modificació el 2016-06-04



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