Sebastian Huber, Institut for theoretical physics and astrophysics, University of Würzburg Spectral modelling of blazars with special attention on binary.

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1 Sebastian Huber, Institut for theoretical physics and astrophysics, University of Würzburg
Spectral modelling of blazars with special attention on binary BH-systems Contact: Sebastian Huber, Universität Würzburg, Mail:

2 Relativistisches Beaming – Binary-Black-Hole-Systems
Spectral modelling of blazars with special attention on binary BH-systems Inhaltsverzeichnis Theorie Detektion (MAGIC) Das SSC-Modell Relativistisches Beaming – Binary-Black-Hole-Systems

3 Standardmodell aktive galaktische Nuclei (AGN)
Spectral modelling of blazars with special attention on binary BH-systems Theorie Shakura & Sunyaev (1973) Akitve Galaxienkerne Blandford & Payne (1982) Blandford & Znajek (1977) Urry & Padovani (1995) Standardmodell aktive galaktische Nuclei (AGN) rotierendes supermassives schwarzes Loch (SMBH) Masse 107 – 109 MO Zentralobjekt jeder Galaxie Bei AGN Akkretion auf das SMBH Akkretionsscheibe Shakura – Sunyaev – Disk Energetisch günstigster Zustand - Drehimpulserhaltung Staubtorus Sehr kalt Masse 104 – 108 MO Jet Blandford-Payne-Szenario Blandford-Znajek-Szenario Standardmodell aktiver galaktischer Nuclei (Homepage Astronomie Universität Würzburg)

4 Theorie AGN-Klassifikation BLLac-Objekte
Spectral modelling of blazars with special attention on binary BH-systems Theorie AGN-Klassifikation Je nach Sicht unterschiedliche Ausprägungen der Erscheinung des AGN BLLac-Objekte Blazare radiolaut radioleise Quasare Seyfert-Galaxien Seyfert 1 Seyfert 2 Radiogalaxien LINERs ULIRGs AGN-Klassifikationsschema (Astrophysikalisches Lexikon Andreas Müller)

5 elliptische Galaxien (sehr alt)
Spectral modelling of blazars with special attention on binary BH-systems Theorie Blazare elliptische Galaxien (sehr alt) breite Emission (SED) vom Radiobereich bis in den TeV-Bereich (Hochenergiebereich) hohe Variabilität (relativ kompakte Emissionsregion) Jet mit relativ geringem Winkel zur Sichtlinie des Beobachters (kleiner 15°) superluminal Motion der strahlungserzeugenden Schocks (Blobs) im Jet relativistisches Beaming (Rotverschiebung/Blauverschiebung) Änderung der Intensität im Bezugssystem des Beobachters Jet der Galaxie M87

6 Relativistisches Beaming – Binary-Black-Hole-Systems
Spectral modelling of blazars with special attention on binary BH-systems Inhaltsverzeichnis Theorie Detektion (MAGIC) Das SSC-Modell Relativistisches Beaming – Binary-Black-Hole-Systems

7 Detektion MAGIC Das MAGIC-Teleskop
Spectral modelling of blazars with special attention on binary BH-systems Detektion MAGIC Das MAGIC-Teleskop MAGIC – Imaging Air Cerenkov Teleskop indirekte Methode zur Detektion von Hochenergie-Gammas durch Cerenkov-Licht, welches durch Interaktion der Gammas mit der Erdatmosphäre entsteht Generierung von Sekundär-Schauern (Air Shower) Verschiedene Targets des MAGIC-Teleskops AGNs (Active Galactic Nuclei) SNRs (Supernova Remnants) GRBs (Gamma-Ray-Bursts) unaufgelöste Quellen Justierung des MAGIC-Teleskops mittels aktiver Spiegelkontrolle (MAGIC-Homepage)

8 Detektion MAGIC Das MAGIC-Teleskop Typisches MAGIC-Ereignis !
Spectral modelling of blazars with special attention on binary BH-systems Detektion MAGIC Das MAGIC-Teleskop Typisches MAGIC-Ereignis ! Einige Daten zu MAGIC: Parabolischer Spiegel (234 m2) mit aktiver Spiegelkontrolle 50 cm x 50 cm Aluminiumspiegel Hexagonale Kamera: 576 Photomultiplier, FOV 3.8° Carbon-Fiber-Rahmen – schnelle Positionierung und Ausrichtung Schnelles Positionierungssystem (~20 sec um an jeden beliebigen Ort des Himmels zu pointen) Optischer Daten-Transfer nach Barcelona und Würzburg Gamma-Ereignis in der MAGIC-Kamera (Monte-Carlo-Simulation) (MAGIC-Homepage) Simulaion eines Air Showers mittel CORSIKA

9 Relativistisches Beaming – Binary-Black-Hole-Systems
Spectral modelling of blazars with special attention on binary BH-systems Inhaltsverzeichnis Theorie Detektion (MAGIC) Das SSC-Modell Relativistisches Beaming – Binary-Black-Hole-Systems

10 Das SSC-Modell Die kinetischen Gleichungen a.) Photonengleichung
Spectral modelling of blazars with special attention on binary BH-systems Das SSC-Modell Die kinetischen Gleichungen a.) Photonengleichung Aus der Strahlungstransportgleichung Verlustterm Synchrotron-Strahlung Synchrotron-Selbstabsorption Invers-Compton b.) Elektronengleichung Entwicklung der Elektronenzahldichte – selbstkonsistente Lösung Verlustterm Synchrotron-Strahlung Invers-Compton Synchrotron-Selbstabsorption Numerische Lösungsverfahren

11 Das SSC-Modell Ergebnisse des SSC-Modells
Spectral modelling of blazars with special attention on binary BH-systems Das SSC-Modell Ergebnisse des SSC-Modells SED (Spectral Energy Distribution) eines typischen High-Peak-BLLac-Objekts (Blazar-SED) Invers-Compton-Peak Synchrotronpeak SED of 1ES

12 Relativistisches Beaming – Binary-Black-Hole-Systems
Spectral modelling of blazars with special attention on binary BH-systems Inhaltsverzeichnis Theorie Detektion (MAGIC) Das SSC-Modell Relativistisches Beaming – Binary-Black-Hole-Systems

13 Relativistisches Beaming – Binary-Black-Hole-Systems
Spectral modelling of blazars with special attention on binary BH-systems Relativistisches Beaming – Binary-Black-Hole-Systems Blazare – AGN deren Jet einen kleinen Winkel zur Sichtachse einnimmt Blob bewegt sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit auf den Beobachter zu Relativistisches Boosting der emittierten Strahlung (SRT) Delta-Faktor Modulation des Flusses ,der uns von AGNs erreicht Sonderfall: Modulation durch ein binäres System schwarzer Löcher

14 Relativistisches Beaming – Binary-Black-Hole-Systems
Spectral modelling of blazars with special attention on binary BH-systems Relativistisches Beaming – Binary-Black-Hole-Systems SMBBH (supermassive binary black hole) zwei supermassive schwarze Löcher im Zentrum eines AGN – binäres System Rotation des leichteren BH (Masse m) um das schwerere BH (Masse M) Jet (Akkretion) durch das leichtere BH - Blobs auf einer helixförmigen Trajektorie Frequenz der Bewegung (3. Keplerisches Gesetz) Periode der Bewegung Mannheim et all. (2000) Osona (2005)

15 Relativistisches Beaming – Binary-Black-Hole-Systems
Spectral modelling of blazars with special attention on binary BH-systems Relativistisches Beaming – Binary-Black-Hole-Systems SMBBH (supermassive binary black hole) aus Randbedingungen an die Zentralmasse des AGN Mannheim et all. (2002) aus Randbedingungen an den möglichen Abstand der beiden BH Bei Annahme dieser Werte erhält man eine intrinsischer Periode von 6,51 Jahren Um aus dieser intrinsischen Periode die beobachtete Periode zu gewinnen Periode im Bezugssystem des Beobachters von 24,23 Tage (vergleichbar mit der detektierten 23 Tage Periode von Markarian 501)

16 Relativistisches Beaming – Binary-Black-Hole-Systems
Spectral modelling of blazars with special attention on binary BH-systems Relativistisches Beaming – Binary-Black-Hole-Systems Jetmodell – Helix mit konstantem Durchmesser Berechnun des zeitabhängigen Doppler-Faktors d(t) Parametrisierung der Helix Richtung des Observers Berechnung des Winkels zwischen Geschwindigkeitsvektors und Richtung des Beobachters Helixtrajektorie mit konstantem Durchmesser

17 Relativistisches Beaming – Binary-Black-Hole-Systems
Spectral modelling of blazars with special attention on binary BH-systems Relativistisches Beaming – Binary-Black-Hole-Systems Jetmodell – Helix mit konstantem Durchmesser Berechnung zeitabhängiger Doppler-Faktor d(t) Winkel zwischen Geschwindigkeitsvektor und Richtung Beobachter Winkel variiert zwischen 4,30° und 7,16° Berechnung des Dopplerfaktors d(t) Plot des Winkels über die Periode der Bewegung

18 Relativistisches Beaming – Binary-Black-Hole-Systems
Spectral modelling of blazars with special attention on binary BH-systems Relativistisches Beaming – Binary-Black-Hole-Systems Jetmodell – Helix mit konstantem Durchmesser periodische Veränderung des Flusses durch den zeitabhängigen Dopplerfaktor d(t) Doppler-Faktor d(t) variiert zwischen 8 und 13 (typische Werte für AGNs) Beaming des Flusses (periodisch) Abschätzung Flussänderung durch relativistisches Beaming Plot der Veränderung (periodisch) des Doppler-Faktors mit der Zeit Abschätzung der Intensiäten die durch das periodischer Boosting verursacht wird f hat ungefähr Wert 8 ( durch Messungen bestätigt ) Plot des Doppler-Faktors über die Periode der Bewegung Einbau zeitabhängiges relativistisches Beaming in SSC-Modell

19 Relativistisches Beaming – Binary-Black-Hole-Systems
Spectral modelling of blazars with special attention on binary BH-systems Relativistisches Beaming – Binary-Black-Hole-Systems Jetmodell – Helix mit konstantem Durchmesser SED eines AGN zusammen mit relativistisch gebeamten Daten Verschiebung der Position des IC-Peaks (und des Synchrotron-Peaks) Bessere Plots des durch das Boosting verursachten Effekte auf die simulierten SEDs

20 Relativistisches Beaming – Binary-Black-Hole-Systems
Spectral modelling of blazars with special attention on binary BH-systems Relativistisches Beaming – Binary-Black-Hole-Systems Jetmodell – Helix mit variablem Durchmesser Vorgehen analog zur Helix mit konstantem Öffnungswinkel Parametrisierung der Helix Winkel zwischen Geschwindigkeitsvektor und Richtung Beobachter Jet-Modell mit veränderlicher Öffnung – gleiches Vorgehen wie bei den Jets mit konstantem Durchmesser Berechnung des Dopplerfaktors d(t) Helixtrajektorie mit veränderlichem Durchmesser

21 Zusammenfassung und Ausblick
Spectral modelling of blazars with special attention on binary BH-systems Zusammenfassung und Ausblick Spectral modelling of blazars with special attention on binary BH-Systems Gewinnung der spektralen Daten (Fluss) – z.B. MAGIC Bestimmung der für die Simulation notwendigen Eingabeparameter Fit der SED (spektrale Energieverteilung) des AGNs mittels SSC Interpretation der Physik, die den AGN beschreibt Variabilitäten (binäre schwarze Löcher , zeitabh. Quellfunktion) Flares

22 Spectral modelling of blazars with special attention on binary BH-systems
Ende Vielen Dank !!!

23 Spectral modelling of blazars with special attention on binary BH-systems
Literatur [1] R.D. Blandford & R.L. Znajek – Elektromagnetic extraction of energy from Kerr black holes (1976) [2] R.D. Blendford & D.G. Payne– Hydromagnetic flows from accretion discs and the production of radio jets (1981) [3] S. Osone – Study of 23 day periodicity of blazar Mkn 501 in 1997 (2005) [4] P.S. Coppi & R.D: Blandford – Reaction rates and energy distributions for elementary processes in relativistic pair plasma (1990) [5] G. Ghisellini et. al. – The synchrotron boiler (1988) [6] V.L. Ginzburg & S.I. Syrovatskii – Cosmic Magnetobremstrahlung (1937) [7] M. Punch et. al. – Detection of TeV photons from the active galaxy Markarian 421 (1992) [8] G .B. Rybicki & A.P. Lightman – Radiative processes in astrophysics(1887) [9] R. Schlickeiser – Cosmic ray astrophysics (2002) [10] M.S. Longair – High enery astrophysics (1981) [11] K. Mannheim – Der proton blazar (1993) [12] J. Kataoka et al. – Variability pattern and the spectral energy of the BL Lacertae object PKS (2000) [13] F.Tavechio et. al. – Constraints on the physical parameters of TeV blazars (1998) [14] A. Müller – Lexikon der Astrophysik