Iman Rafighi

• Modern gamma-ray telescopes, provide the main stream of data for astrophysicists in quest of detecting the sources of gamma rays such as active galactic nuclei (AGN). Many blazars have been detected with gamma-ray telescopes such as HESS, VERITAS, MAGIC and Fermi satellite as sources of gamma-rays with the energy E ≥ 100 GeV. These very-high-energy photons interact with extragalactic background light (EBL) producing ultra-relativistic electron-positron pairs. Observations with Fermi-LAT indicate that the GeV gamma-ray flux from some blazars is lower than that predicted from the full electromagnetic cascade. The pairs can induce electrostatic and electromagnetic instabilities. In this case, wave-particle interactions can reduce the energy of the pairs. Therefore, the collective plasma effects can also substantially suppress the GeV-band gamma-ray emission affecting as well the IGMF constraints. Using Particle in cell (PIC) simulations, we have revisited the issue of plasma instabilities induced by electron-positron beams in the fullyModern gamma-ray telescopes, provide the main stream of data for astrophysicists in quest of detecting the sources of gamma rays such as active galactic nuclei (AGN). Many blazars have been detected with gamma-ray telescopes such as HESS, VERITAS, MAGIC and Fermi satellite as sources of gamma-rays with the energy E ≥ 100 GeV. These very-high-energy photons interact with extragalactic background light (EBL) producing ultra-relativistic electron-positron pairs. Observations with Fermi-LAT indicate that the GeV gamma-ray flux from some blazars is lower than that predicted from the full electromagnetic cascade. The pairs can induce electrostatic and electromagnetic instabilities. In this case, wave-particle interactions can reduce the energy of the pairs. Therefore, the collective plasma effects can also substantially suppress the GeV-band gamma-ray emission affecting as well the IGMF constraints. Using Particle in cell (PIC) simulations, we have revisited the issue of plasma instabilities induced by electron-positron beams in the fully ionized intergalactic medium. This problem is related to pair beams produced by TeV radiation of blazars. The main objective of our study is to clarify the feedback of the beam-driven instabilities on the pairs. The present dissertation provides new results regarding the plasma instabilities from blazar induced pair beams interacting with intergalactic medium. This clarifies the relevance of plasma instabilities and improves our understanding of blazars.…
• Modern Gammateleskope, sowohl bodengebundene als auch Satelliten, liefern große Datenvolumen fur die Suche nach den Quellen der hochenergetischen Gammastrahlung im Universum wie z. B. aktive galaktische Kerne (englisch: active galactic nucleus, abgekürzt AGN). Ein AGN ist die Zentralregion einer Galaxie und er besteht aus einem akkretierenden supermassiven schwarzen Loch, dessen Zentralkern einen relativistischen Plasmastrahl senkrecht zur Akkretionsscheibe des schwarzen Lochs emmitiert. Blazare sind eine AGN-Subklasse und eine Quelle der hochenergetischen Gamma-strahlung. Zahlreiche Blazare mit der Photonenenergie E ≥ 100 GeV wurden in der letzten Zeit von den Gammateleskopen H.E.S.S., MAGIC, VERITAS und vom Satelliten FERMI detektiert. Diese hochenergetischen Photonen wechselwirken mit dem extragalaktischen Hintegrundlicht und erzeugen dadurch ultrarelativistische Elektron-Positron-Paare. Diese Teilchenpaare werden durch verschiedene Prozesse beeinflusst und bieten ein breites und interessantes Forschunggebiet. Die vorliegendeModern Gammateleskope, sowohl bodengebundene als auch Satelliten, liefern große Datenvolumen fur die Suche nach den Quellen der hochenergetischen Gammastrahlung im Universum wie z. B. aktive galaktische Kerne (englisch: active galactic nucleus, abgekürzt AGN). Ein AGN ist die Zentralregion einer Galaxie und er besteht aus einem akkretierenden supermassiven schwarzen Loch, dessen Zentralkern einen relativistischen Plasmastrahl senkrecht zur Akkretionsscheibe des schwarzen Lochs emmitiert. Blazare sind eine AGN-Subklasse und eine Quelle der hochenergetischen Gamma-strahlung. Zahlreiche Blazare mit der Photonenenergie E ≥ 100 GeV wurden in der letzten Zeit von den Gammateleskopen H.E.S.S., MAGIC, VERITAS und vom Satelliten FERMI detektiert. Diese hochenergetischen Photonen wechselwirken mit dem extragalaktischen Hintegrundlicht und erzeugen dadurch ultrarelativistische Elektron-Positron-Paare. Diese Teilchenpaare werden durch verschiedene Prozesse beeinflusst und bieten ein breites und interessantes Forschunggebiet. Die vorliegende Doktorarbeit widmet sich insbesondere der Untersuchung von Plasmainstabilitäten, welche die Elektron-Positron-Paare im intergalaktischen Medium induzieren. Diese Instabilitäten sind von besonderer Wichtigkeit, da die Paare durch sie Energieverluste erfahren, welche das reduzierte Gammastrahlensignal im GeV Bereich erklären können. Die Größenordnung der blazarinduzierten Elektron-Positron-Paaredichte ist zu klein, um mit modernern Rechnern simuliert zu werden. In dieser Arbeit wurden daher andere Parameterbereiche untersucht, in welchem die Teilchenpaare sich ähnlich verhalten. Die Doktorarbeit erklärt die Wahl der Simulationsparameter anhand des analytischen Modells und stellt die Simulationsergebnisse dar. Die Ergebnisse lassen sich auf den astrophysikalischen Parameterbereich extrapolieren, so dass eine Abschätzung der Energieverluste der Paare möglich ist. Es wird gezeigt, dass die Elektron-Positron-Paare ihre Energie durch die Wechselwirkung mit den Plasmainstabilitäten etwas schneller als durch die inverse Compton-Streuung dissipieren. Zusammenfassend liefert die vorliegende Doktorarbeit neue relevante Ergebnisse bezüglich der Plasmainstabilitäten, erzeugt von Elektron-Positron-Paaren im intergalaktischen Mendium. Die Ergebnisse verdeutlichen die Relevanz von Plasmainstabilitäten und verbessern unser Verständnis von Blazarspektren.…