1. Síntesis Los destellos de rayos gamma (o GRBs por sus siglas en inglés) son los eventos más luminosos conocidos, liberando en un corto plazo 10^51-10^53 erg. Sus propiedades observadas implican que los progenitores, fuentes compactas, se encuentran a distancias cosmológicas. El nacimiento de estos objetos, libera la energía necesaria, ya sea por acreción a ritmo muy alto o como consecuencia de re-ordenamientos del campo magnético en una proto-estrella de neutrones (Lee & Ramirez-Ruiz 2007, Nakar 2007), que es canalizada a través de chorros relativistas y disipa su potencia a través de choques internos en primera instancia, dando lugar a la emisión "pronta" en rayos gamma (Meszaros 2002), y en segundo lugar producen un "afterglow" en escalas de tiempo que van de días a semanas, al interactuar con el medio circundante al progenitor (van Paradijs et al 2000). Esta última componente se manifiesta en principio desde los rayos X hasta el radio, pasando notablemente por el óptico y cercano infrarrojo, observables con telescopios terrestres. A pesar de los avances de los últimos años, hay un gran número de problemas abiertos en el tema, y de formas en las que se pueden aprovechar las observaciones de estos fenómenos, particularmente en multi-frecuencia. Implican dar un seguimiento eficiente y rápido de las fuentes, ya que su brillo decae en poco tiempo, y complementar lo más posible las observaciones hechas en una banda espectral con otras que puedan estar disponibles. Entre los temas más relevantes destacan: ¿cómo se correlaciona la emisión en muy altas energías (GeV-TeV) con aquella en altas energías (MeV) y en óptico-IR? ¿cuáles son los mecanismos radiativos que mejor logran explicar la emisión y estas posibles correlaciones? ¿hay evidencia a partir de la emisión observada de que los flujos relativistas tengan una magnetización considerable? ¿qué condiciones especiales cumplen los progenitores de los destellos de larga duración, en comparación con las explosiones de supernova "típicas"? ¿qué relación hay entre la variabilidad temporal, dinámica, en los sistemas progenitores y la emisión observada? ¿es posible que las contrapartes tardías (afterglows) en el óptico-IR den indicios directos sobre la población progenitora? Los blázares y los pulsares son fuentes que de cierta manera comparten características con los GRBs en su manifestación multi-frecuencia y aceleración de partículas a velocidades relativistas. Constituyen pruebas en entornos distintos, en los que la variación temporal es diferente y puede ser muestreada en plazos distintos. Ya las observaciones al día de hoy sugieren una rica fenomenología y correlaciones entre las propiedades de los motores centrales y la emisión observada. Mediante una conjunción de esfuerzos en el aspecto teórico y observacional, basado en parte en instrumentos que operan en México y de los cuales el Instituto de Astronomía es socio, planteamos aquí llevar estudios multi-frecuencia de esta clase de eventos de forma global. El responsable ha llevado a cabo estudios teóricos sobre GRBs, desde hace más de una década. La Dra. González es especialista en el estudio e interpretación de la emisión en altas energías, incluyendo GRBs y blázares, utilizando datos de satélites y observatorios terrestres, y el Dr. Watson es especialista en astronomía observacional óptico-infrarroja, instrumentación astronómica y la operación de observatorios robóticos. Con este grupo, complementado por becarios posdoctorales y estudiantes, integraremos observaciones, interpretación y modelaje para esta clase de fuentes.

3. Contribución 3.1 GRBs Recientemente los participantes han trabajado en diversos aspectos relacionados con los GRBs, y en este proyecto aprovecharemos esta capacidad para sintetizar diferentes elementos en el tema. Por un lado, hemos estudiado la posibilidad de que los destellos cortos tengan una contraparte óptico-IR independiente del afterglow clásico, a raíz de la eyección dinámica de material durante la fusión o colisión de objetos compactos, que resulta en algo similar a una supernova (en el sentido de obtener su energía de decaimiento radioactivo de elementos sintetizados en condiciones de alta densidad), pero de menor luminosidad (Roberts et al 2011). La caracterización de estos eventos en términos de poblaciones estelares, curva de luz y colores, así como la posible relación con sus propiedades en alta energías son de gran interés, ya que pueden permitir hacer distinciones entre las características de los progenitores. Por ejemplo, la cantidad de masa eyectada es sustancialmente mayor cuando el GRB es producto de la colisión de dos objetos compactos en un ambiente denso como un cumulo globular, que cuando se origina en una binaria ligada gravitacionalmente (Lee et al 2010). Segundo, las propiedades generales de la fase pronta en algunos destellos previamente estudiados muestran (Fraija et al 2012, Sacahui et al 2012) que podrían existir dos componentes espectrales de alta energía, a MeVs y GeVs, con duración completamente diferente entre sí, la de energía mayor con duración mayor que el destello y la de energía en MeVs con duración de solo un décimo de la duración del destello. Ambas componentes podrían originarse como radiación de Compton inversa en choques externos pero cada una propagándose en diferentes medios, de tal forma que la emisión de mayor energía sería un reflejo del medio interestelar que rodea al destello mientras que la emisión en MeVs con menor duración sería un reflejo de magnetización en el jet, tal vez arrastrado desde el progenitor. Tercero, la identificación de los diferentes procesos radiativos que intervienen en la emisión temprana del destello, así como la energía radiada en cada uno de ellos y la duración de la emisión, nos ayuda a establecer los parámetros o correlaciones básicas que convierten a los GRBs en candelas estándar para usos cosmológicos. Por ejemplo, resultados preliminares del ajuste del espectro con tres componentes espectrales (cuerpo negro, Band y ley de potencias) muestran que todos los destellos muestran la misma correlación entre la energía de pico y el flujo de energía de la función de Band, independientemente del instrumento utilizado. Cuarto, las escalas de variabilidad temporal observadas en la emisión pronta de los GRBs podría guardar memoria de la dinámica del motor central , que a su vez depende de las propiedades del progenitor. Esto puede deberse genéricamente a la turbulencia y al enfriamiento en el flujo de acreción (Carballido & Lee 2011), o a las propiedades del progenitor, ya sea en términos de la rotación del núcleo estelar pre-supernova para destellos largos (Lopez-Camara et al. 2009) o directamente de inestabilidades a gran escala en el disco (Batta & Lee 2013) y episodios secundarios de alimentación al mismo (Lee et al. 2009) que den lugar a ráfagas tardías en rayos X. Finalmente, y como se menciono en los antecedentes, no es claro aun cuales son las condiciones especiales que llevan a que una estrella masiva produzca un GRB al colapsar su núcleo en lugar de simplemente una SNIb o c. La binariedad, y la rotación y/o sincronización de la rotación del núcleo sin duda juega un papel importante (Moreno-Méndez et al. 2011), y junto con las fases tardías de evolución estelar (notablemente las propiedades de la convección en la estrella) son una posibilidad prometedora que será objeto de trabajo aquí. Algunos de estos temas se han abordado de manera incipiente y en alguna forma independiente por los participantes, lo que pone al grupo en una posición excelente para hacer nuevas aportaciones. En este proyecto, con apoyo y guía en eventos particulares a los que se le pueda dar seguimiento con la infraestructura disponible, y con datos públicos contemporáneos, profundizaremos en el entendimiento de los mismos, dando una visión de conjunto que permita avances importantes en la materia, que se detallan en las secciones de objetivos y metas. 3.2 AGNs Como se mencionó en los antecedentes, solo instrumentos de amplio campo de visión y ciclo de operación casi del 100% son capaces de llevar a cabo un estudio completo de la variabilidad y ciclo de operación de los blázares. HAWC será un observatorio de rayos gamma con estas características y la sensibilidad necesaria para llevar a cabo dicho estudio. De hecho, en la literatura solo existen dos estimaciones del ciclo activo de operación de Mrk 421, el primero utilizando varios instrumentos operando durante 10 años y el segundo utilizando datos de Milagro, el antecesor de HAWC. En ambos casos, las incertidumbres del resultado solo permiten sugerir que la actividad podría ser mayor que lo esperado por modelos leptónicos. Por lo que la posibilidad que las ráfagas candidatas a ser huérfanas involucren procesos radiativos no leptónicos es alta. De lograr una mejor estimación de la variabilidad de Mrk 421, de la distribución de flujos de sus ráfagas, del espectro durante estas ráfagas y de su ciclo de operación, estaremos contribuyendo al entendimiento de la física blázares y a discernir entre los modelos existentes. Cabe mencionar que las herramientas desarrolladas también fomentarán un mayor aprovechamiento de HAWC y la participación de nuestros grupos en el proyecto. 3.3 Pulsares La identificación de pulsaciones en la emisión de muy alta energía en pulsares es un resultado completamente de frontera. Como se mencionó en los antecedentes, solo existe un reporte previo para un solo pulsar, el Cangrejo. Lo interesante es que este pulsar es y ha sido el mas estudiado y considerado candela estándar. La pregunta si hay o no mas pulsares con emisión en muy alta energía pulsada es completamente relevante pues no hay modelos que lo hayan predicho y pone retos fuertes a los procesos que podrían generar dicha emisión pulsada. El aumento de observaciones similares abrirá todo una nueva área en el estudio de los pulsares. Cabe mencionar que las herramientas desarrolladas, al igual que en el estudio de blázares, también fomentarán un mayor aprovechamiento de HAWC y la participación de nuestros grupos en el proyecto.