[ca] Aquesta tesi està centrada en l'estudi de les nebuloses produïdes pel vent dels pulsars (acrònim anglès, PWNe), que es formen com a resultat de que la major part de l'energia rotacional del púlsar es perd per l'emissió d'un vent relativista de partícules. Els vents, supersònics respecte al medi interestel·lar, produeixen un xoc terminal on les partícules s'acceleren. Atès que la nebulosa conté fotons i camps magnètics, les partícules poden emetre a totes les freqüències, des de ràdio fins a energies TeV, mitjançant processos no tèrmics com el sincrotró i el Compton invers. Aquesta tesi estudia l'evolució d'aquesta radiació no tèrmica al llarg de la vida del púlsar, analitzant els canvis produïts a la distribució d'energia espectral com a resultat de l'expansió i la contracció del PWN a causa dels equilibris de pressió i la interacció amb l'entorn. La tesi considera en primer lloc el cas del complex format pel púlsar/PWN, PSR J0205 + 6449/3C 58, que és especial per la seva curta edat, la seva significativa potència i la seva similitud amb la nebulosa del Cranc (la millor estudiada). Es presenten els resultats de l'anàlisi de 8 anys de dades de Fermi-LAT. Utilitzant una efemèride contemporània per a la pulsació, s'ha pogut detectar significativament 3C 58 durant l'interval de fase fora del pic de PSR J0205 + 6449. He analitzat les dades amb un model de PWNe en funció del temps basat en el codi TIDE, desenvolupat pel grup en el que he treballat durant els darrers 8 anys. El meu model proporciona un ajust raonable a les dades; un en el que el PWN 3C 58 encara no reverbera. La reverberació és el període de l'evolució de les nebuloses quan el xoc invers creat per l'explosió de la supernova viatja cap al púlsar, comprimint-les. És un període relativament curt, però significatiu i que no ha estat gaire estudiat. La resta de la tesi estudia PWNe més antigues, o més joves com 3C 58, però evolucionant-les cap al futur per a analitzar el seu comportament durant la reverberació. Aquest estudi ha conduït al descobriment i caracterització de la supereficiència. La supereficiència succeeix quan, a causa de la seva compressió deguda al xoc invers que torna de l'explosió de la supernova, la nebulosa està sotmesa a un escalfament adiabàtic significatiu. Degut a la compressió, el camp magnètic de la PWN també augmenta, així com hi ha més partícules a energies més altes que les que hi havia abans. Vaig trobar que aquest procés pot produir PWNe que durant poc temps emeten més energia en raigs X i en altres freqüències que el que tenen com a energia de rotació en aquell moment. Aquesta aparent contradicció és conseqüència del fet que potència rotacional del púlsar ja no és el dipòsit d'energia del sistema. Aquest període finalitza quan la pressió del camp magnètic, que augmenta significativament, és capaç d'equilibrar la pressió cinemàtica proporcionada pel xoc invers. He estudiat tant PWNe ben caracteritzades com una àmplia gamma de models de PWN representatius dels púlsars observats per estudiar les seves propietats de reverberació i supereficiència. Finalment, he estimat, mitjançant simulacions de Monte Carlo, quantes PWNe galàctics s'espera que reverberin o estiguin en una etapa de supereficiència en un moment donat i he realitzat prediccions per a possibles deteccions futures amb la propera generació d'instruments. Aquesta tesi es presenta com un compendi de resultats publicats. Tres articles publicats a The Astrophysical Journal, The Astrophysical Journal Letters i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society conformen els capítols 2, 3 i 4 de la tesi.

[en] This thesis focuses on the study of Pulsar wind Nebulae (PWNe), which form as a result of the bulk of the pulsar rotational energy begin lost via the emission of a relativistic wind of particles. The winds, being supersonic with respect to the interstellar medium, produce a termination shock where particles are accelerated. Since the nebula is threaded with photon and magnetic fields, particles are able to emit at all frequencies, from radio to TeV energies, via non-thermal processes such as synchrotron and inverse Compton. This thesis zooms into studying the evolution of this non-thermal radiation along the pulsar lifetime, analyzing the changes produced to the spectral energy distribution as a result of the expansion and contraction of the PWN due to pressure balances and interaction with the environment. The thesis first considers the case of the complex formed by the pulsar/PWN, PSR J0205+6449/3C 58, which is especial due to its young age, significant power, and similarity to the Crab Nebula (the best studied PWN). The thesis presents the results of the analysis of 8 years of Fermi-LAT data. The main aspect is that using a contemporaneous ephemeris for the pulsation, we could significantly detect 3C 58 during the off-peak phase interval of PSR J0205+6449. I analyzed the observed data with a time-dependent model of PWNe based on the code TIDE, developed by the group in which I worked over the last 8 years. My model provides a reasonable fit to data; one in which the PWN 3C 58 is not yet reverberating. Reverberation is the period of PWN evolution when the reverse shock created by the supernova explosion travels back towards the pulsar, compressing the wind bubble. It is a relatively short but significant period, barely studied. The rest of the thesis studies older PWNe, or younger ones like 3C 58 but evolved into the future so as to grasp the behavior of reverberation when they pass through it. This study has led to the discovery and characterization of superefficiency. Superefficiency happens when, due to its compression because of the returning reverse shock of the supernova explosion, the nebula is subject to significant adiabatic heating. To what extent this heating affected the luminosities of the PWN at different energy ranges was not clear. The thesis describes in detail how due to the compression, the magnetic field of the PWN also increases, as well as there are more particles at higher energies than there were previously. I found that such process can produce PWNe that for a short time emit more in X-rays and other frequencies than what they have as rotational energy at the time. The former is not a paradox, but the consequence of the fact that the rotational spinning down of the pulsar is no longer the energy reservoir of the system. This period ends when the magnetic field pressure, increased because of the magnetic field, significantly risen up, is able to detain the kinematic pressure provided by the reverse shock. I took on both, several well-characterized PWNe and a broad range of PWN models representative of the observed pulsars to study their reverberation and superefficiency properties. Having attained such modelling, I estimated via Monte Carlo simulations how many Galactic PWNe are expected to be reverberating or in a superefficiency stage at any given time and realized predictions for possible future detections with the next generation of instruments. This thesis is presented as a compendium of published results. Three papers published in The Astrophysical Journal, The Astrophysical Journal Letters, and Monthly Notices of the Royal Astronomical Society correspondingly conform Chapters 2, 3 and 4 of the thesis.