High energy emission from recurrent novae

Abstract

En los últimos años muchas novas- ocho clásicas y dos recurrentes- han sido detectadas por Fermi/LAT a E$>$100 MeV. En la mayoría de los casos esta emisión se observa pronto después de la explosión, alrededor del máximo en óptico, y por un corto periodo de tiempo. La emisión en rayos $\gamma$ a muy altas energías es una consecuencia del decaimiento del $\pi^{0}$ y/o del Compton Inverso, los cuales están relacionados con la aceleración de partículas (p and e$^{-}$) en el choque que produce el material eyectado al encontrarse con el medio circumestelar. RS Oph (2006) fue la primera nova para la cual la aceleración de partículas fue predicha. Esta predicción mostró que la onda de choque desaceleró más rápido de lo esperado como consecuencia de la aceleración de partículas en el choque y su posterior fuga. El objetivo de nuestra tesis es el estudio de la evolución de las novas simbióticas recurrentes los primeros días después de la explosión y la naturaleza de su emisión. Este trabajo tiene el propósito de realizar un amplio estudio sobre el último estallido de RS Oph y V745 Sco en varias longitudes de onda diferentes. \\

RS Oph es una nova recurrente en un sistema simbiótico compuesto por una enana blanca y una gigante roja con un periodo de recurrencia de $\sim$21 años. En este trabajo presentamos un nuevo análisis de las observaciones realizadas por el satélite XMM-Newton a RS Oph los primeros días después de la explosión de 2006 con los instrumentos EPIC-MOS y RGS. Comparamos estos resultados con la temperatura, absorción, flujo y "emission measure" obtenidos por las observaciones realizadas con RXTE, Swift y Chandra, y los resultados de los estudios previos sobre las observaciones de RGS. También fue estudiada la evolución de los primeros días de la emisión en radio e IR. La combinación de los estudios de las diferentes longitudes de onda nos permite tener una visión global del plasma chocado en RS Oph y su relación con la aceleración de partículas.\\

V745 Sco es también una nova recurrente en un sistema simbiótico con un periodo de recurrencia de $\sim$25 años. Presentamos el análisis de las observaciones de V745 Sco los primeros días después de la explosión realizadas por el satélite Swift/XRT simultáneas a la detección de Fermi. Combinamos estos resultados con los obtenidos del análisis de las observaciones de NuStar y Chandra para tener una imagen global de la evolución del material eyectado por la nova. Al igual que en el caso de RS Oph recopilamos toda la información que hay sobre las observaciones en IR y en radio de los primeros días después de la explosión. Finalmente, la aceleración de partículas en V745 Sco puede ser explicada con un modelo de choque difuso en la onda de choque y la posterior fuga de partículas a muy altas energías como en el caso de RS Oph.\\

Con el estudio de RS Oph y V745 Sco y su comparación, demostramos por primera vez que las novas recurrentes en un sistema simbiótico tienen características comunes en los primeros días de la evolución del remanente de la nova y en la aceleración de partículas. Los resultados de los estudios en diferentes longitudes de onda proporcionan nuevas perpectivas sobre la evolución del plasma y la interacción con el material circumestelar siendo estos una poderosa herramienta para conocer la naturaleza de la emisión de rayos $\gamma$.

In recent years, several nova explosions - eight classical novae and two symbiotic recurrent novae - have been detected by Fermi/LAT at E$>$100 MeV. In most cases, this emission has been observed early after the explosion, around the optical maximum, and for a short period of time. The high-energy $\gamma$-ray emission is a consequence of $\pi^{0}$ decay and/or Inverse Compton, which are related to particle (p and e$^{-}$) acceleration in the strong shock between the nova ejecta and the circumstellar matter. RS Ophiuchi (2006) was the first nova for which particle acceleration was predicted. This prediction showed that the blast wave decelerated faster than expected as a consequence of the acceleration of particles in the shock and their escape. The aim of our thesis is to study the evolution of the symbiotic recurrent novae the first days after the outburst and the nature of their emission. The present thesis work has been aimed to perform a comprehensive multiwavelength study of the last outburst of RS Oph and V745 Sco.\\

RS Oph is a recurrent nova in a symbiotic system composed of a white dwarf and a red giant with a recurrence period of $\sim$21 years. In this work, we present a new analysis of XMM-Newton's observations of RS Oph early after its 2006 outburst both with RGS and EPIC-MOS. We compare these results with temperatures, emission measures, absorptions and fluxes obtained for RXTE, Swift and Chandra observations, and previous studies of RGS observations. The evolution of the radio and IR emissions during the first days after the outburst were studied. The multiwavelength studies allow us to get a global picture of the shocked plasma and its relationship with the particle acceleration. \\

V745 Sco is also a symbiotic recurrent nova with a recurrence period of $\sim$25 years. We present the analysis of the \textit{Swift}/XRT observations of V745 Sco early after its 2014 outburst simultaneous to \textit{Fermi} detection. We combine our results with \textit{Chandra} and \textit{NuStar} observations to get a global picture of the evolution of the nova ejecta. As in RS Oph we compiled all the radio and IR information about V745 Sco the first days after the explosion. Finally, particle acceleration in V745 Sco can be explained by a diffusive shock model at the blast wave and the subsequent escape of the very high energy particles as in RS Oph.\\

With the study of RS Oph and V745 Sco, and its comparison, we demonstrate for the first time common features in the early evolution of a nova remnant and their relationship with particle acceleration in the symbiotic recurrent novae. Multiwavelength results provide new insights into the evolution of the shocked plasma and the interaction with the circumstellar material, being a powerful tool to understand the nature of the $\gamma$-ray emission.