of 25/25
Tijana Tijana Prodanović Prodanović PMF, Univerzitet u Novom Sadu PMF, Univerzitet u Novom Sadu Brian D. Fields, UIUC John F. Beacom, OSU Astronomija, Univerzitet u Beogradu Kosmičko zračenje: Kosmičko zračenje: Problem litijuma i Problem litijuma i difuznog gama-zračenja difuznog gama-zračenja Novembar, 2006.

Kosmičko zračenje: Problem litijuma i difuznog gama-zračenja

  • View
    149

  • Download
    8

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Kosmičko zračenje: Problem litijuma i difuznog gama-zračenja. Tijana Prodanović PMF, Univerzitet u Novom Sadu Brian D. Fields, UIUC John F. Beacom , OSU Astronomija, Univerzitet u Beogradu. Novembar , 2006. Sadržaj. Kosmičko zračenje: uvod Interakcije hadronskog kosmičkog zračenja: - PowerPoint PPT Presentation

Text of Kosmičko zračenje: Problem litijuma i difuznog gama-zračenja

  • Kosmiko zraenje:Problem litijuma i difuznog gama-zraenja Tijana ProdanoviPMF, Univerzitet u Novom Sadu

    Brian D. Fields, UIUCJohn F. Beacom, OSU

    Astronomija, Univerzitet u Beogradu

    Novembar, 2006.

  • Sadraj Kosmiko zraenje: uvodInterakcije hadronskog kosmikog zraenja: gama zraenje i litijumProblem litijuma-7: WMAPBBN teorija > posmatranja Problem litijuma-6: nova merenjaTeorija kosmikih zraka < posmatranjaProblem gama zraenja: nova merenjaTeV viak?Zakljuak

  • Kosmiko zraenje (CR)Visokoenergetske naelektrisane esticeUbrzane u astrofizikim okovima ako je prisutno bar malo magnetno polje (CR spektar, jak ok: Flux~E-2 )Bilo koji izvor oka je kandidat! (Blandford & Eichler 1987) Supernova ostatci (SNR) galaktiko kosmiko zraenje (GCR)okovi formacije struktura kosmiko zraenje formacije struktura (Inoue, Kang, Miniati) VLA , Tycho SNR Reynolds & Chevalier

  • Interakcijske observable hadronskog kosmikog zraenja Gama zraenje Litijum, Berilijum & Bor

  • Li-g konekcijaBilo koji izvor kosmikog zraenja proizvodi i gama zraenje i litijum

    Povezani su u sutini preko odnosa brzina njihovih reakcija (Fields and Prodanovi 2005)

    Obilnost Li (abundance): lokalni CR fluks (fluence)Difuzno ekstragalaktiko : CR fluks (fluence) kroz svemir Zadato jedno, ograniava drugo

  • Problemi Litijuma7Li poreklo: BBN + kosmiko zraenje Ali 6Li se proizvodi iskljuivo putem kosmikog zraenja kroz fuzione i spalacione reakcije.Litijum meren u zvezdama haloa (stare, malo metala)Plato i plato?Asplund et al. (2006)NeoekivanometalinostSunce danasPrimordialan Li: teorijatimeOekivano ali neusaglaeno

  • Litijumski problem7Li potie dominantno iz Big Beng nukleosinteze (Cyburt, Fields, Schramm)Halo zvezde niske metalinosti: 7Li plato (Spite & Spite 1982) ukazuje na primordijalni litijum Ali WMAP (2003) rezultat: primordialni Li~ 2-3 puta vie nego mereno u halo zvezdama Litijumski problemBilo koji pre-Galaktiki izvor litijuma bi bio prisutan u halo zvezdama i time pogorao ve postojei problem!GCR Li: niska kontaminacija (ogranieno putem BeB)Ali tu su i kosmoloki kosmiki zraci

    Cyburt 2005 (private communication)4HeD3He7Li

  • Kosmiki zraci formacije strukturaokovi formacije struktura - kosmoloki okovi koji nastaju zbog ulivanja barionske materije i procesa sjedinjavanja tokom porasta struktura velikih razmera (Miniati)Mehanizam difuznog ubrzavanja u okovima formacija struktura / kosmoloko kosmiko zraenje Merenja X zraenja u galaktikim jatima: ne-termalni viak ( na pr. Fusco-Femiano et al. 2004)Veliki rezervoar energije i ne-termalnog pritiskaMiniati et al. 2000

  • Litijum i kosmiko zraenje iz formacije strukturaEksploatiemo Li-gama konekcijuIz posmatranja ekstragalaktikog pozadinskog gama zraenja procenjujemo maksimalan pionski doprinos, dodeljujemo ga kosmikim zracima formacije struktura procenjujemo LiSFCR proizvodnju (u zavisnosti od pretpostavljenog redshift-a) Kosmiki zraci formacije struktura mogu biti bitan izvor pre-Galaksijskog litijuma!Moramo bolje ograniiti doprinos kosmikog zraenja formacije struktura

  • Potraga za SFCR u oblacima velikih brzina(High velocity clouds)Oblaci gas koji padaju na nau Galaksiju (Wakker & van Woerden 1997)Neki od ovih oblaka imaju vrlo malo ili uopte nemaju prainePoreklo: Galactic fountain model (Shapiro & Field 1976) Ekstragalaktiko Objekti Magellanic Stream tipa ili Gas koji je preostao posle formiranja Galaksije (Oort, Blitz , Braun)Neki od ovih oblaka imaju metalinost svega 10% od suneve HVCs male metalinosti sa malo praine obeavaju kao bitne lokacije za testiranje pre-Galaksijskog litijuma i kosmikog zraenja formacije struktura (Prodanovi and Fields 2004b)

  • SadrajInterakcije hadronskog kosmikog zraenja: gama zraenje i litijumProblem litijuma-7SFCRs ga pogoravajuHVCs: novi pristupProblem litijuma-6Predvianja iz kosmikih zraka < posmatranjaProblem gama zraenjaTeV viak?Zakljuak

  • Problemi Litijuma7Li poreklo: BBN + kosmiko zraenje Ali 6Li se proizvodi iskljuivo putem kosmikog zraenja kroz fuzione i spalacione reakcije.Litijum meren u zvezdama haloa (stare, malo metala)Plato i plato?Asplund et al. (2006)NeoekivanometalinostSunce danasPrimordialan Li: teorijatimeOekivano ali neusaglaeno

  • Koliko dobro razumemo 6Li?Uobiajena pretpostavka: 6LiSolar nastao od GCRAli nedavna posmatranja ukazuju na 6LiSolar plato?Skorije teorije: 6Li poreklo od raspada tamne materije

    Primeniti Li-gama vezu radi testiranja standardne teorije porekla 6Li iz nukleosinteze putem galaktikog kosmikog zraenja.Asplund et al.(2006)

  • Galaktiko kosmiko zraenje i 6Li : Prva procena (aproksimacije)Li-gama veza: 6LiSolar zahteva ali ukupno izmereno pozadinsko ekstragalaktino gama zraenje iznosi (Strong et al. 2004)

    Detaljan model6LiGCR ~ 0.45 6Litot !!!

  • PoslediceSvega ~ 50% solarnog 6Li moe biti objanjeno pomou galaktikog kosmikog zraenja bez da se proizvede previe gama zraenja.Neophodan bitan novi izvor 6Li Skorija merenja u halo zvezdama: 6Li plato? Ali na nivou 10% od solarnog (Asplund et al. 2006)GCR fluks u Mlenom putu vei nego kosmika srednja vrednost?Niskoenergetska komponenta kosmikog zraenja? Energetska i LiBeB ogranienja.

  • SadrajInterakcije hadronskog kosmikog zraenja: gama zraenje i litijumProblem litijuma-7SFCRs ga pogoravajuHVCs: novi pristupProblem litijuma-6Galaktiki kosmiki zraci doprinose svega ~50% solarnog litijuma-6Problem gama zraenjaTeV viak?Zakljuak

  • Pionsko gama zraenjaPionski gama zraci

    Specifian spektar pionsko ispupenje (pion bump); max na m/2 (Stecker 1971; Dermer 1986)Oekujemo da dominira ali nema jakih dokaza u spektrima za ovo pionsko ispupenje Koristiti oblik spektra (Pfrommer & Enlin 2003) da se nae max pionski udeo (Prodanovi & Fields 2004)

  • Galaktiko pionsko gama zraenjeEGRET: GeV domenNai max pionski fluks tako da pion bump ostaje ispod merenog galaktikog spektraGalaktiki CRs: Max pionski udeo

    Ali primetimo ostatak!

    GeV viak=Tamna materija??Prodanovi and Fields (2004a) Brems/ICStrong et al. (2004)

  • Pionsko gama zraenje: Novi pristupMogu DM signal bi bio odseen oko ~ 100 GeVIako inverzna Komptonovska komponenta postoji na niskoenergetkom kraju, ona je odseena oko ~ TeVU TeV reimu pionsko gama zraenje dominira Potrebno merenje difuznog gama zraenja u galaktikoj ravni u TeV reimu

  • TeV merenje difuznog galaktikog gama zraenjaMilagro vodeni erenkovljev detektorPionski gama zraci dominiraju?Neuobiajen spektralni indeks

    Milagro: pionsko zaista dominiraMereni spektralni indeks

    Milagro: pionsko svega ~20% !TeV viak?Jo jedna komponenta? Tamna materija? Takasti izvori? Prodanovi, Fields & Beacom (2006)Milagro vodeni erenkovljev detektor

  • Takasti izvori u Milagro regionu Identifikovali smo 10 EGRET-ovih izvora u Milagrovom regionu Ukupan fluks ovih 10 izvora ekstrapoliran do TeV energija je bar jedan red veliine vilji od Milagro rezultata 4 od ovih izvora posmatranih u TeV pokazuju znaajna odstupanja od ekstrapolacije Ovo ukazuje na prekid/prelom u spektru takastih (uglavnom supernove) izvora ! Posledice za ubrzavanje kosmikih zraka: max enegrija ubrzanja Treba vie merenja!

    Prodanovi, Fields & Beacom (2006)

  • SadrajInterakcije hadronskog kosmikog zraenja: gama zraenje i litijumProblem litijuma-7SFCRs ga pogoravajuHVCs: novi pristupProblem litijuma-6Galaktiki kosmiki zraci doprinose svega ~50% solarnog litijuma-6Problem gama zraenjaTeV viakPrekid/prelom u spektru takastih izvoraZakljuak

  • Uskoro nova merenja!GLAST:Pogled kroz neotvoren prozor (do 300 GeV)Bolje odreivanje ekstragalaktikog pozadinskog zraenjaPionska karakteristika?erenkovljevi eksperimenti: TeV domenH.E.S.S.Juna hemisferaPosmatranja od 2004VERITASSeverna hemisferaUskoro!H.E.S.S. Collaboration Science 309 (2005) 746

  • ZakljuakPionsko gama zraenje i Li-gama veza se pokazuju kao bitan test interakcije kosmikog zraenjaKosmiki zraci formacije struktura (SFCRs)mogu biti bitan izvor pre-galaksijskog 7Li; problem primordijalnog Li jo goriOblaci velikih brzina (HVCs) dozvoljavaju nezavisno testiranje primordijalnog Li i mogue izloenosti na SFCRs Nukleosinteza putem galaktikih kosmikih zraka (GCR) moe da objasni svega ~ 50% ukupnog 6Li novi Li problemDifuzno TeV Galaktino gama zraenje otkriva Potencijalan TeV viakPrekid u spektru takastih izvora (u glavnom supernova remnanti)Otkrili smo vie problema nego reenja Uskoro nova i bolja merenja!

  • Kraj

    Say: OK to interrupt and ask questionsIn my thesis I took the linear approach, but now Ill talk about my work more in the way how it came to be.First part is about stuff you already heard about, second part (in italics) is the new stuff.Emphasize: one main Li problem!!! Other one we found.When mention SFCRs here, say that youll come back to (explaining) that latter in the talk.Radio image; see at the edges synchrotron (CRs being accelerated)observables

    Difuzno=netakasto,Since we use gamma rays to probe lithium, let me first tell you how they are related.Emphasize: EXTRAGALACTIC i.e. looking at what CRs do not in our Galaxy but in ALL galaxies togetherY(Li)=12+log(n(Li)/n(H)), Log eps(H)=12, eps(H)=10^12 , eps(Li)/eps(H)=y(Li), y(Li)=n(Li)/n(H) , y(Li)=10^(-log eps(H)+log eps(Li))=10^(log eps(Li)/eps(H))=cirka 10^(-10)

    BBN curves are 1 sigma. All things plotted with 1 sigma.Primordial 4He measured in extragalactic H II regions in dwarf galaxies, with very active star formation cause need high temp.3He is measured with something like 21 cm line but for He (forbiden transition) so need a lot of gas and so can measure only locally i.e. cant get primordialBottom: bremsstrahlung X-ray from SCDM model (omega_matter=1) ; identifies galaxy clustersTop: shock surfaceBox: 30x40x30 (h MpC)^3 @z=0Colors: blue=high intensity, red=lowHVC can provide independent measurement of pre-Galactic, which is less plagued with systematics. LiPicture: image composite: MW drawing+HVC radio image (21 cm, rest frequency) from Hulsbosch & Wakker (1988)In my thesis I took the linear approach, but now Ill talk about my work more in the way how it came to be.First part is about stuff you already heard about, second part (in italics) is the new stuff.Emphasize: one main Li problem!!! Other one we found.Y(Li)=12+log(n(Li)/n(H)), Log eps(H)=12, eps(H)=10^12 , eps(Li)/eps(H)=y(Li), y(Li)=n(Li)/n(H) , y(Li)=10^(-log eps(H)+log eps(Li))=10^(log eps(Li)/eps(H))=cirka 10^(-10)

    Intro: the reson for this was the Li7 problem, but we wanted to test our connection on something we thought we know- Li6, but as youll see it turned out that there is a li6 problem as well.Theoretical suggestion: from decaying DM.Plot: curves- different chemical evolution models (dotted- Brian)Low-E CRs created in superbubbles! High enrichement with C and O, but week shocks. McCall- observe more 3H+ than expected but 3H+ created by CRsTransition: but I will now show you that even diffuse gammas from MW are not well understood, and I will show you how we will be able to improve on thatIn my thesis I took the linear approach, but now Ill talk about my work more in the way how it came to be.First part is about stuff you already heard about, second part (in italics) is the new stuff.Emphasize: one main Li problem!!! Other one we found.Say: Lack of a pion bump is already surprise, and thats a dirty secret of gamma-ray astronomyPion bump symmetry: doppler shift- 2 photons, one boosted towards one boosted awayMention electron gammas (synchrotron, IC, brems.)Pionic should dominate but no sign of the bump!Bring attention to GeV excess !!!Say: now check consistency of proposed WIMP signal with TeV observations.Energy span over ~ 9 orders of mag. All in gammas = going from radio to x-rayCR knee: ~ 10^15 eV = 10^6 GeV ; CR ankle~10^19 eVPoint sources: do contribute but dont know how muchJ2016+3657: Whipple , Fegan et al. (2005)J2020+4017: Whipple, Buckley (1998)J2021+3716: Whipple, Fegan (2005)J2032+4130: HEGRA, Aharonian et al. (2005)The break should be a measure of SNR max acceleration energy. But then what makes the CR knee??In my thesis I took the linear approach, but now Ill talk about my work more in the way how it came to be.First part is about stuff you already heard about, second part (in italics) is the new stuff.Emphasize: one main Li problem!!! Other one we found.These will be able to sort out some of our questions.HESS source: X-ray binary (normal star+ compact object) LS 5039 is a compact object though uncertain about its nature ; VHE source thought to be microquasar