Predicting the future Pulsar Wind Nebulae population in the TeV sky

Abstract

ABSTRACT: The large amount of pulsars without TeV detected Pulsar Wind Nebulae (PWNe) has been a subject of interest in recent years. Although some pulsars have possible PWNe candidates at TeV energies, only a small fraction of them have been firmly identified with PWNe, meaning there is still much to be achieved in this field. Mainly all pulsars have been detected at radio frequencies so this project aims to predict future detections of PWNe at higher energies, more precisely, gamma-rays at ≥ 1 TeV. In order to accomplish it, a computational analysis of pulsars taken from the ATNF (Australia Telescope National Facility) pulsar catalogue has been carried out with the first purpose of studying their main properties, such as period, characteristic age or spin-down luminosity, where different samples of pulsars have been drawn. After defining our PWN evolutionary model we were able to predict PWNe features such as energy density, ux or angular size. Analysing these properties we have highlighted a list of candidate pulsars for future TeV detections which will be tracked down by the Cherenkov Telescope Array (CTA). Finally we have made a predicted map of PWNe lying in the Milky Way's galactic plane at 1 TeV energies and a halo source study for old PWNe. The research part of this project has been performed during a summer fellowship program at the University of Zurich in 2019.

RESUMEN: La gran cantidad de púlsares sin nebulosa aparente se ha convertido en un tema de interés durante los últimos años. Algunos púlsares tienen posibles candidatos de nebulosas de púlsares (NP) para energías de TeV, pero solo una pequeña parte de ellos han sido identificados con certeza, indicando que todavía hay mucho por descubrir en este campo. La mayoría de púlsares se han detectado en frecuencias de radio, por lo que este trabajo tiene como objetivo predecir futuras detecciones de NP en más altas energías, más concretamente, rayos gamma de & 1 TeV. Para ello, se ha realizado un análisis computacional de púlsares recopilados del Catálogo de Púlsares del ATNF (infraestructura nacional de telescopios de Australia), con el primer propósito de estudiar sus principales propiedades como el periodo, edad o luminosidad, a partir de varias muestras. Tras definir nuestro modelo para la evolución de las NP, pudimos predecir sus características fundamentales, como la densidad de energía, el flujo o el tamaño angular. Analizando estas propiedades se ha obtenido una lista de púlsares candidatos para ser detectados en energías de TeV en un futuro gracias a CTA (red de telescopios Cherenkov). Por último, se ha realizado un mapa en coordenadas galácticas con el brillo superficial y el tamaño angular estimado de las NP que podrían ser detectadas en 1 TeV y un estudio sobre halos en NP más viejas. La parte de investigación de este trabajo se ha realizado durante una estancia de verano en la Universidad de Zúrich en 2019.