Search for transient events and pulsars in multi-frequency data

Abstract

L'estudi de les estrelles de neutrons, especialment els magnetars, és crucial per entendre les condicions extremes de l'Univers. Aquesta tesi se centra en les observacions de diverses longituds d'ona d'aquestes estrelles de neutrons altament magnetitzades, examinant tant les seves activitats d'esclat com la recerca de púlsars i esdeveniments transitoris a través de diverses bandes, incloses els raigs X i la ràdio. Aquesta tesi inclou una anàlisi del primer esclat del jove magnetar Swift J1818.0-1607, utilitzant dades de XMM-Newton, NuSTAR i Swift. Els resultats mostren una tendència a la disminució de la mida de la regió emissora i una variabilitat significativa del parell al llarg del temps. A més, identifiquem emissions difuses de raigs X i ràdio que suggereixen possibles associacions amb un halo de dispersió de pols i un romanent de supernova, respectivament. També vam estudiar la reactivació del 2022 del magnetar SGR J1935+2154 mitjançant observacions de raigs X dels telescopis XMM-Newton i NuSTAR. Les nostres troballes mostren propietats tèrmiques consistents amb petites variacions en el component no tèrmic, juntament amb un augment de la velocitat del període de rotació, cosa que suggereix possibles canvis en la magnetosfera o el vent relativista durant l'esclat. Aquests estudis contribueixen a la nostra comprensió de l'emissió tèrmica a la superfície estel·lar i el paper dels processos magnetosfèrics durant els esdeveniments d'esclats magnetars. A més, vam analitzar les observacions d'arxiu de ràdio de la nana blanca aïllada magnètica ZTF J1901+1458, a la recerca d'una possible emissió dipolar i acceleració de parells d'aquesta font. Hem obtingut límits superiors profunds que ajudaran d'alguna manera a restringir la naturalesa dels transitoris de llarg període descoberts recentment. A més, hem desenvolupat el pipeline eBANDERAS, una eina automatitzada i sistemàtica destinada a detectar i analitzar transitoris de raigs X i periòdics o aperiòdics. fonts en les enquestes de raigs X. El gasoducte és independent de la missió, cosa que permet l'adaptabilitat a diferents missions de raigs X, inclosa la recent missió eROSITA. En això treball, ens vam centrar en el desenvolupament del component de cerca transitori, que inclou l'estudi de les eines de transitori EXTraS i l'actualització dels esdeveniments transitoris de raigs X utilitzant el catàleg XMM-Newton més recent. Aquest treball no només contribueix a la nostra comprensió dels esclats d'estrelles de neutrons, sinó que també posa una base sòlida mitjançant la creació d'eines per detectar noves fonts transitòries en les enquestes de raigs X actuals i futures, fent avançar significativament el camp de l'astrofísica d'alta energia.

El estudio de las estrellas de neutrones, en particular de los magnetares, es crucial para comprender las condiciones extremas del Universo. Esta tesis se centra en las observaciones en múltiples longitudes de onda de estas estrellas de neutrones altamente magnetizadas, examinando tanto sus actividades de estallido como la búsqueda de púlsares y eventos transitorios en varias bandas, incluidas las de rayos X y radio. Esta tesis incluye un análisis del primer estallido del joven magnetar Swift J1818.0-1607, utilizando datos de XMM-Newton, NuSTAR y Swift. Los resultados muestran una tendencia decreciente en el tamaño de la región emisora y una variabilidad significativa del par a lo largo del tiempo. Además, identificamos emisiones difusas de rayos X y radio que sugieren posibles asociaciones con un halo de dispersión de polvo y un remanente de supernova, respectivamente. También estudiamos la reactivación en 2022 del magnetar SGR J1935+2154 utilizando observaciones de rayos X de los telescopios XMM-Newton y NuSTAR. Nuestros hallazgos muestran propiedades térmicas consistentes con pequeñas variaciones en el componente no térmico, junto con un aumento de la tasa de período de giro, lo que sugiere posibles cambios en la magnetosfera o el viento relativista durante el estallido. Estos estudios contribuyen a nuestra comprensión de la emisión térmica en la superficie estelar y el papel de los procesos magnetosféricos durante los eventos de estallidos de magnetares. Además, analizamos observaciones de archivo de radio de la enana blanca magnéticamente aislada ZTF J1901+1458, en busca de una posible emisión dipolar y aceleración de pares de esta fuente. Derivamos límites superiores profundos que ayudarán de alguna manera a restringir la naturaleza de los transitorios de largo período descubiertos recientemente. Además, desarrollamos el pipeline eBANDERAS, una herramienta automatizada y sistemática destinada a detectar y analizar transitorios de rayos X y fuentes periódicas o aperiódicas en estudios de rayos X. El pipeline es independiente de la misión, lo que permite la adaptabilidad a diferentes misiones de rayos X, incluida la reciente misión eROSITA. En este trabajo, nos centramos en el desarrollo del componente de búsqueda de transitorios, que incluye el estudio de las herramientas de transitorios EXTraS y la actualización de los eventos transitorios de rayos X utilizando el catálogo XMM-Newton más reciente. Este trabajo no solo contribuye a nuestra comprensión de los estallidos de estrellas de neutrones, sino que también sienta una base sólida al construir herramientas para detectar nuevas fuentes transitorias en los estudios de rayos X actuales y futuros, lo que hace avanzar significativamente el campo de la astrofísica de alta energía.

The study of neutron stars, particularly magnetars, is crucial for understanding the extreme conditions in the Universe. This thesis focuses on multi-wavelength observations of these highly magnetized neutron stars, examining both their outburst activities and the search for pulsars and transient events across various bands, including X-ray and radio. This thesis includes an analysis of the first outburst of the young magnetar Swift J1818.0-1607, using data from XMM-Newton, NuSTAR, and Swift. The result shows a decreasing trend in the emitting region size and significant torque variability over time. Additionally, we identify diffuse X-ray and radio emissions suggesting possible associations with a dust-scattering halo and a supernova remnant, respectively. We also studied the 2022 reactivation of the magnetar SGR J1935+2154 using X-ray observations from the XMM-Newton and NuSTAR telescopes. Our findings show consistent thermal properties with small variations in the non-thermal component, along with an increased spin-period rate, suggesting possible changes in the magnetosphere or the relativistic wind during the outburst. These studies contribute to our understanding of the thermal emission on the stellar surface and the role of magnetospheric processes during magnetar outbursts events. In addition, we analyzed radio archival observations of the magnetic isolated white dwarf ZTF J1901+1458, in search for possible dipolar emission and pair acceleration from this source. We derived deep upper limits that will help somehow constraining the nature of the recently discovered long-period transients. Moreover, we developed the eBANDERAS pipeline, an automated and systematic tool aimed at detecting and analysing X-ray transients and periodic or aperiodic sources in X-ray surveys. The pipeline is mission-independent, allowing for adaptability across different X-ray missions, including the recent eROSITA mission. In this work, we focused in the development of the transient search component, which includes studying the EXTraS transient tools and updating the X-ray transients events using the most recent XMM-Newton catalog. This work not only contributes to our understanding of neutron star outbursts but also lays a solid foundation by building tools for detecting new transient sources in current and future X-ray surveys, significantly advancing the field of high-energy astrophysics.