Click here to load reader

Wstęp do Astrofizyki Wysokich Energii

  • View
    40

  • Download
    2

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Wstęp do Astrofizyki Wysokich Energii. Wykład wprowadzający. Widmo promieniowania kosmicznego (składowa jądrowa). 1 particle/m 2 s. Particle Flux ( m2 s sr GeV ) -1. „Knee ” 1 particle/m 2 yr. „Ankle ” 1 particle/km 2 yr. 1 J  6  10 18 eV. Energy eV. Zakres wysokich - PowerPoint PPT Presentation

Text of Wstęp do Astrofizyki Wysokich Energii

  • Wstp do Astrofizyki Wysokich Energii

    Wykad wprowadzajcy

  • Widmo promieniowaniakosmicznego

    (skadowa jdrowa)Energy eVKnee1 particle/m2 yr Particle Flux ( m2 s sr GeV )-11 particle/m2 sAnkle1 particle/km2 yr1 J 61018 eV

  • Zakres wysokichenergii E 2.5 Particle Flux Energy (eV)

  • SNR

  • Czarne Dziury

  • Pulsary

  • Mgawica Krab : : szerokopasmowe widmo obejmuje 20 dekad fotony detekcja w 9 dekadach !COMPTEL EGRETHEGRA100 keV 100 TeVCELESTEEe ~1015 eVIC: syn,opt, IR, micro, CMBB=160 GSYN

  • Kwazary

  • Mkn 421SYNICczas w dniach eVTeVkeVTeVzagldamy w bezporednie otoczeniecentralnej czarnej dziuryTakahashi et al. 2000

  • Radiorda

  • Soce

  • *RadioInfraredVisible lightX-raysVHEgamma raysf ~ rSpectralEnergyDistribution:Energy emitted perlog(E) interval

  • Obserwacje astronomiczne obejmuj bardzo szeroki zakres widma elektromagnetycznego

    z charakterystycznymi czstociami:Astronomia wykorzystuje obserwacje promieniowaniaelektromagnetycznego obejmujce ponad 20 rzdwwielkoci w zakresie energii (czstoci) fotonw !109 Hz zakres radiowy1011 Hz daleka podczerwie1014 Hz bliska podczerwie1015 Hz zakres optyczny (1 eV)1016 Hz ultrafiolet1018 Hz promieniowanie rentgenowskie (keV)1021 Hz mikkie promieniowanie gamma (MeV)1024 Hz promieniowanie gamma (GeV)1027 Hz promieniowanie gamma wysokich energii (TeV)1081029

  • Okna astronomii gamma : LE lub MeV : 0.1 -100 MeV (0.1 -10 + 10 -100*) HE lub GeV : 0.1 -100 GeV (0.1 -10 + 10 -100*) VHE lub TeV : 0.1 -100 TeV (0.1 -10 + 10 -100*) UHE lub PeV : 0.1 -100 PeV EHE lub EeV : 0.1 -100 EeV

    s otwarte w zakresach MeV, GeV, i TeV:

    LE,HE obserwacje z kosmosu VHE, .... - obserwacje z powierzchni ziemi * niewiele wynikw naukowych

  • Podstawowe procesy promieniste w ktrych bior udzia

    czstki promieniowania kosmicznegoElektrony:

    - promieniowanie synchrotronowe (SYN)

    odwrotne rozpraszanie Comptona (IC)

    nietermiczny bremsstrahlung (zwykle nieistotny)

    Protony:

    - oddziaywania p-p piony fotony

  • Promieniowanie synchrotronowe ("SYN")

    emisja relatywistycznego elektronu "spiralujcego" w polu magnetycznymCzas wywiecania elektronuPromieniowana energia jest "wypikowana" koo (B-4 B/[10-4 G]) HzDla B-4=1 i E~

    GeV -> 108 HzTeV -> 1014 Hz PeV -> 1020 Hzlatdla powyszych B i E, odpowiednio, ~106, ~103 i ~1 lat

  • Promieniowanie w odwrotnym rozpraszaniu Comptona ("IC")

    emisja relatywistycznego elektronu odbijajcego fotony niskiej energiiCzas wywiecania elektronu (z Uo,-10 = Uo/[10-10 erg/cm3]) latW zakresie Thompsona ( o < mec2 , wyej zakres K-N)Energie rozpraszanych fotonwPrzykadowo, dla rozpraszania fotonw CMB (o~10-4 eV)i Ee = 1 GeV, 1 TeV, 1 PeV mamy ' = 100 eV, 100 MeV, 100 TeV

  • Obiekty zainteresowania Astrofizyki Wysokich EnergiiquasarsbalzarsSyfert 1Syfert 2AGNMAS jetskpc-scale jetsradio lobeshot spots in radio lobesneutron starsblack holesNSXBBHXBaccreting X-ray pulsarsrotation powered pulsarsmilisecond pulsarsplerionsSNRcataclysmic variablesmicroquasarsSgr A*stellar winds near O/BGRBGRB afterglowsoft gamma ray repeatersmagnetarsSolar protuberancesinterplanetary shock wavesEarth magnetosphereCMEcosmic rayshigh energy neutinos

    **actually this, so called "last window" covers 15 or more decayds more than in all other bands together (10^-6 to 10^6 eV)

    these bands are : .......

    gamma-rays at all these energies interact effectively with mater with mean free path of about 100 g/cm^2, which is an order of magnitude shorter than the depth of our atmosphere. Therefore gamma-ray instruments should be located above the atmosphere, i.e. like X-ray astronomy gamma-ray astronomy is generaly is considered to be a part of space-based astronomy. However, if 1 m^2 area or les of X-ray detectors are quite adequate for studies of X-rays, due to the low gamma-ray statistics the detector area is the weakest aspect of ground-based gamma-ray astronomy. It is small allready at GeV energies, and certainly much smaller at TeV and higher energies.

    The solution ? Use the atmosphere as target. At very high energies gamma-rays are not simply absorbed but they lead to cascades which can be detected by ground-based detectors directly or through their Cherenkov light. The latter provides the lowest energy energy threshold, and it is not a surprise that all imporftant results in gamma-ray astronomy are obtained by Cherenkov detectors

    This activity started almost parallel with the first steps in X-ray astronomy in the sixties, but the success came much later