Strahlung hochenergetischer Photononen

Präsentation zum Thema: "Strahlung hochenergetischer Photononen"—  Präsentation transkript:

1 Strahlung hochenergetischer Photononen
aus dem Weltall Wechselwirkungen Timokhin Alexey

2 Definition Gamma Strahlung : Photonen mit E > 100 keV Energie Bezeichnung Detektoren MeV medium Satellit 30 MeV - 30 GeV HE 30 GeV - 30 TeV VHE Čerenkov-Detektor Teilchendetektor 30 TeV - 30 PeV UHE > 30 PeV EHE Fluoreszenzdetektor

3 Motivation Ein Problem der Astroteilchenphysik - Der Ursprung der kosmischen Strahlung Photonen zeigen direkt zur Quelle!

4 Nachweis Die Nachweistechniken: Satelliten Experimente (z.b. Compton Gamma Ray Observatory [CGRO], Gamma Ray Large Area Space Telescope [GLAST] ) Bodengestützte Observatorien (z.b. HEGRA, HESS )

5 Nachweis Photoeffekt  + Atom => Atom+ + e- Compton-Effekt +e-ruhend => ' +e-schnell e-e+-Paarerzeugung  +Kern => e- +e+ +Kern' I(x) = I0 .exp{-mx}

6 Nachweis Paar-Konvertierung  => e-e+ im Spurenkammersystem Kalorimetermessung von E = Ee-+Ee+ Messung der Einfallsrichtung des Photons: p=pe- +pe+ pe-=Ee- / c ; pe+=Ee+ / c (bei E >> mec2)

7  / Winkelauflösung
Projekte Jahr Satellit  / [°] E /E [%] Aeff(E) [cm2] 1972 SAS-2 Technisches Versagen nach 7 Monaten 1975 COS-B 1991 CGRO Egret 19 – 26 700 – 1600 2006 GLAST 10 (?) – 8000  / Winkelauflösung E /E Energieauflösung Aeff(E) effektive Fläche entscheidender Nachteil: kleine Detektorfläche  wenige s  O(10) GeV Limit

8 EGRET Energetic Gamma Ray Experiment Telescope (EGRET)

9 EGRET – Ergebnisse Die Entdeckung der Blazare Die Beobachtung der Pulsare Der Nachweis von Photonen der Gamma-ray bursts Die Kartographierung des Gesamthimmels Die Rätsel der noch unidentifizierten Quellen

10 GLAST Das Gamma-Ray Large Area Space Telescope (GLAST): Large Area Telescope (LAT) GLAST Burst Monitor (GBM)

11 e+,e- : v~c >cLuft (Ekin = 21 Mev)
Atmosphärische Luftschauer  Einfallendes Photon mit E, e+ e- Paar-Konvertierung an Kernen e- e+  Bremsstrahlung E  < 10 TeV …erreichen nicht die Erde e+,e- : v~c >cLuft (Ekin = 21 Mev) Čerenkovlicht  Schauerfront Č cosČ = 1/(n) ;  = V/c

12 IACT's Projekte

13 HESS High Energy Stereoscopic System (HESS) 4 Teleskope (13 m Spiegeldurchmesser) Kamera: 960 PMTs Eigenschaften:  / 0.1° E /E 20% Aeff(1TeV) m2 Ethreshold 100 GeV

14 Ergebnisse Gesamter Himmel EGRET: ~ 300 Quellen < 10 GeV Erdboden: ~ 20 > 1 TeV

15 --Wechselwirkungen
Wechselwirkung mit den Photonen der 2,7-Kelvin-Schwarzkörper-Strahlung:  +  => e+ + e- ESchwelle= 2me2/(1-cos) Zentraler Stoss ( = 180o), 250 eV: ESchwelle 1015 eV Wechselwirkung mit Infrarot- und Sternenlichtphotonen:  +  => + + - => entfernte Bereiche des Universums (>100 kpc) bleiben für Photonen mit E>100 TeV verschlossen Wechselwirkungen

16 Quellen Überreste von Sternexplosionen: Schockfronten an der abgestossenen Sternenhülle Kompakte Überreste (schwarze Löcher, Neutronensterne) Pulsare Wechselwirkungen SNR1987 A

17 Quellen aktive galaktische Kerne (AGN) quasistellare Radioquellen (Quasare) Blazare … kurzzeitig extrem veränderliche Objekte… …sowie Gamma- Quasare bei grossen Rotverschiebungen (z>2)… Wechselwirkungen Schwarze Löcher – “Kraftwerke”

18 Quellen Gamma – Burster. plötzlich, unvorhersagbar Rate  1/Tag kurze Dauer ( s) 28 Februar 1997: GRB970228 …in Entfernung von etwa 1 Gpc… Wechselwirkungen

19 Quellen Mögliche Kandidaten für Gamma-Bursts: Kollisionen von Neutronensternen untereinander oder mit Schwarzen Löchern Asteroideneinschläge auf Neutronensternen explodierende primordiale Schwarze Mini-Löcher (m1g) “Hypernovae” – Explosionen mit einem Kollaps in ein rotierendes Schwarzes Loch kurze Burst – Zeiten => sehr kleine räumliche Ausdehnung Wechselwirkungen

20 Quellen Quasi-Periodischen Gamma-Burster (Soft-Gamma-Ray-Repeater) …alle liegen in unserer Galaxie oder in den Magelanschen Wolken Wechselwirkungen

21 Quellen Quasi-Periodischen Gamma-Burster (Soft-Gamma-Ray-Repeater) Ausbruch niederenergetischer s Modell: aktiver Neutronenstern: „Magnetar“ 27. August 1998 Magnetar SGR Magnetfeld B = 1011 Tesla (1000 mal mehr als die Felder normaler Neutronensterne) Wechselwirkungen