Αστρονομία στις ακτίνες γ Τηλεσκόπια Μελέτη αστρονομικών αντικειμένων
Αστρονομία ακτίνων γ Φωτόνια με ενέργειες από 0.5 MeV ~200 TeV (τα πιο ενεργά φωτόνια που έχουν ανιχνευθεί μέχρι σήμερα) Αστρονομία ακτίνων γ χαμηλής ενέργειας - πυρηνικές γραμμές εκπομπής Αστρονομία ακτίνων γ υψηλής ενέργειας >100 ΜeV - σχετίζονται με την κοσμική ακτινοβολία Διαφορετικοί τρόποι ανίχνευσης
3. Σε περιοχές μεγάλης πυκνότητας της μεσοαστρικής ύλης, μεγάλης ενέργειας πρωτόνια και πυρήνες αλληλεπιδρούν με την ύλη μέσω πυρηνικών αντιδράσεων, παράγουν ουδέτερα μεσόνια, που με τη σειρά τους διασπώνται σε φωτόνια γ ενέργειας μέχρι 68 ΜeV. Aυτές οι διαδικασίες οφείλονται σε πρωτόνια και πυρήνες, και ονομάζονται αδρονικές. Αστρονομία ακτίνων γ υψηλής ενέργειας Μηχανισμοί παραγωγής ακτίνων γ υψηλής ενέργειας 1. Ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια υψηλής ενέργειας αλληλλεπιδρούν με πεδία ακτινοβολίας. Με την παρουσία μαγνητικών πεδίων παράγονται φωτόνια συγχρότρου τα οποία φτάνουν το πολύ στην περιοχή ενεργειών των ακτίνων γ χαμηλής ενέργειας. 2. Ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια υψηλής ενέργειας επίσης αλληλλεπιδρούν με σχετικά χαμηλής ενέργειας φωτόνια (είτε αστρικής προέλευσης είτε συγχρότρου) και μέσω του αντίστροφου φαινομένου Compton, τα μετατρέπουν σε φωτόνια πολύ υψηλής ενέργειας/ Και οι δυο αυτές διαδικασίες οφείλονται σε ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια, και ονομάζονται λεπτονικές.
Μη θερμικές πηγές που εκπέμπουν φωτόνια από radio μέχρι ακτίνες γ Crab nebula συγχροτρον Ενεργός γαλαξιακός πυρήνας συγχροτρον Αντίστροφο Compton Αντίστροφο Compton
Αστροφυσικά αντικείμενα πηγές ακτίνων γ Υπάρχουν πολλές κατηγορίες αντικειμένων των οποίων η εκπομπή κυριαρχείται από μη θερμικές διεργασίες που συνδέονται με βίαια κρουστικά κύματα, που μπορεί να συνδέονται με αστρικές εκρήξεις ή με την παρουσία αστέρων νετρονίων ή μελανών οπών ΓΕΝΙΚΑ ΟΠΟΥ ΥΠΑΡΧΟΥΝ ΕΠΙΤΑΧΥΝΤΕΣ!- ΣΧΕΤΙΚΙΣΤΙΚΕΣ ΡΟΕΣ Γαλαξιακές πηγές: πάλσαρς, νεφελώματα ανέμου πάλσαρ, pulsar, υπολείμματα εκρήξεων σουπερνόβα, συγκεκριμένοι τύποι διπλών συστημάτων, και το κέντρο του γαλαξία μας. Εξωγαλαξιακές πηγές γαλαξίες με εκρηκτική αστρική δημιουργία ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες gamma-ray bursts
Yπολείμματα εκρήξεων σουπερνόβα supernova remnants
Pulsar Wind Nebula νεφελώματα ανέμου πάλσαρ Vela Vela pulsar ακτίνες X Vela pulsar ακτίνες γ
Pulsar Wind Nebula νεφελώματα ανέμου πάλσαρ Crab
Διπλά συστήματα ακτίνων γ Micro-quasars: μαύρη τρύπα + άστρο κύριας ακολουθίας Pulsar-binaries: διπλό σύστημα πάλσαρ + άστρο κύριας ακολουθίας Gamma-ray novae: θερμοπυρηνική έκρηξη στην επιφάνεια λευκού νάνου (Η από συνοδό αστέρα)
Micro-quasar
Pulsar-binaries http://fermi.gsfc.nasa.gov/science/eteu/binaries/
Gamma-ray novae
Pulsars
Gamma-ray (blue) and radio (red) light curves of three MSPs discovered by radio follow-up in Fermi unidentified sources. (Ransom, S. et al)
GRBs : εκλάμψεις ακτίνων γ Από τα πιο ενεργητικά φαινόμενα στο σύμπαν Ενέργειες Δυο τύποι: <2s μάλλον από συγχώνευση 2 αστέρων νετρονίων ή αστέρα νετρονίων με μαύρη τρύπα >2s core collapse supernovae και hypernovae Και στις δυο περιπτώσεις το τελικό προϊόν είναι μαύρη τρύπα
Fermi - gamma ray bursts
Γαλαξίες εκρηκτικής αστρικής δημιουργίας (Star burst galaxies) Pulsars + SNRs
Eνεργοί γαλαξιακοί πυρήνες : blazars
1. major Star formation burst? 2. connected to previous activity of central BH? Διάχυτη εκπομπή από το κέντρο του γαλαξία:
Extragalactic Background Light EBL: όλα τα φωτόνια που παρήxθησαν ποτέ στο σύμπαν από άστρα και AGNs Φωτόνια υψηλών ενεργειών αλληλλεπιδρούν με αυτά και παράγουν ζεύγη e- e+, δηλ. εξαφανίζονται
?Καταστροφή σωματιδίων σκοτεινής ύλης? Το κέντρο του γαλαξία αναμένεται να έχει πολύ μεγάλη πυκνότητα σκοτεινής ύλης, άρα από εκεί περιμένουμε πιθανή επιβεβαίωση Όντως έχει ανιχνευθεί ισχυρή ακτινοβολία. γ από το ΓΚ, αλλά δεν είναι βέβαιη η προέλευση της ακτινοβολίας αυτής. Το πιθανότερο είναι να προέρχεται από πολλά νέα pulsars
Αστρονομία ακτίνων γ Διαφορετικές τεχνικές ανάλογα με την ενέργεια Ε<20GeV απορρόφηση από την ατμόσφαιρα μόνο δορυφορικά τηλεσκόπια COMTEL,EGRET Fermi E>20GeV «ατμοσφαιρικά» τηλεσκόπια Cerenkov HESS, MAGIC, VERITAS, CTA Ε>10ΤeV τηλεσκόπια Cerenkov νερού HAWK
H εξέλιξη της τεχνολογίας στην αστρονομία γ I <~20GeV Μετά την γέννηση της αστρονομίας ακτίνων Χ, έγιναν προσπάθειες ανίχνευσης ακτίνων γ με ανιχνευτές σε αερόστατα αλλά απέτυχαν λόγω του υψηλού υποβάθρου από δευτερεύουσες ακτίνες γ (που παράγονται από κοσμικές ακτίνες στην ατμόσφαιρα) Ο δορυφόρος OSO-3 (1967-1968) έδειξε ότι ο γαλαξίας εκπέμπει στις ακτίνες γ >50 MeV (χωρίς απεικονιστική δυνατότητα) Οι επόμενοι δορυφόροι ήταν οι Small Imaging Satellite SAS-2 (1972-1973; E > 35 MeV) Διάχυτη ακτινοβολία από τον γαλαξία και Τα νεφελώματα Crab και Vela και περιοδικά σήματα των πάλσαρ COS-B (1975-1982; E > 100 MeV) κατάλογος 25 πηγών : 24 γαλαξιακές πηγές + 1 quasar 3C273
H εξέλιξη της τεχνολογίας στην αστρονομία γ- I <~20GeV Compton Gamma-ray Observatory (1991) - 1/4 όργανα το EGRET (Energetic Gamma Ray Experiment Telescope) στις ψηλές ενέργειες 20 MeV- > 10 GeV 3 ος κατάλογος EGRET : 271 πηγές (πολλά AGN) Έναρξη εξωγαλαξιακής αστρονομίας γ υψηλών ενεργειών Fermi Gamma-ray Space Telescope (Fermi LAT) (20 MeV- > 300 GeV) 2008 Fermi Large Area Telescope Second Source Catalogue: 1873 πηγές Third catalogue 2015: 3033 Πηγές (AGN, pulsars, + 1000??)
H εξέλιξη της τεχνολογίας στην αστρονομία γ-ii >~20GeV Στερεοσκοπικά τηλεsκόπια Cerenkov
Ακτινοβολία Cherenkov Η ακτινοβολία Cherenkov εκπέμπεται όταν φορτισμένο σωματίδιο διέλθει μέσα από διηλεκτρικό μέσο με ταχύτητα υ, μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός στο μέσο υ φ
Χρησιμοποιούμε την ατμόσφαιρα ως πρώτο μέρος της ανιχνευτικής μας διάταξης (ακτινοβολία Cherenkov) (Όχι μόνο από φωτόνια γ!)
Αριθμητική πυκνότητα φωτονίων Cerenkov από φωτόνιο 100GeV Πολύ λίγα φωτόνια για πολύ λίγο χρόνο (nanosecs) παρατηρήσεις μόνο χωρίς σελήνη
Φάσμα φωτός Cerenkov
H κάμερα ενός IACT (Imaging Atmospheric Cherenkov Telescope) είναι μία μεγάλου πλάτους συστοιχία από «μεγάλα pixel» με πολύ γρήγορα ηλεκτρονικά Δεν μας πειράζει η απόσταση μεταξύ των «pixels» -- κώνος φωτός
CANGAROO-III telescope system
The Cherenkov Telescope Array : Η επόμενη γενιά στα τηλεσκόπια Cherenkov ενεργειακή περιοχή από μερικές δεκάδες GeV μέχρι πάνω από τα 100TeV Βόρειο ημισφαίριο : εξωγαλαξιακά αντικείμενα Νότιο ημισφαίριο : γαλαξιακές πηγές