11 milionů světelných let od domova

11 milion˚ u svˇ eteln´ ych let od domova ... ... aneb tady je Kentaurovo

ˇ Michal Vlas´ ak (FJFI CVUT)

11 milion˚ u svˇ eteln´ ych let od domova ...

ˇ Workshop 2013 EJCF

1 / 21

p˚ uvod kosmického z´ aˇren´ı st´ ale nejasn´ y z interakce kosmického z´ aˇren´ı s mikrovln´ ym pozad´ım: GZK limita, EGZK ∼ 4 × 1019 eV kosmick´ e z´ aˇren´ı s vyˇsˇs´ı energi´ı poch´ az´ı z bl´ıˇ zˇs´ıch extragalaktick´ ych zdroj˚ u neˇ z tzv. GZK radius, rGZK ∼ 100 Mpc naˇse Galaxie ∼ 30 kpc, k sousedn´ı galaxii M31 v Andromedˇ e ∼ 0, 6 Mpc




2 / 21

k urychlen´ı nabit´ ych ˇca ´stic potˇreba ˇ velmi magnetického pole, bud intenzivn´ıho anebo velmi rozlehlého Larmor˚ uv polomˇ er trajektorie, po kter´ e se nabit´ aˇ ca ´stice v magnetick´ em poli pohybuje, mus´ı b´ yt menˇs´ı neˇ z je velikost oblasti, v n´ıˇ zˇ c´ astice z´ısk´ av´ a energii pro proton s 1015 eV ∼ 0.5 pc, pro 1019 eV ∼ kpc

Michael Hillas (1984) - Objekty leˇz´ıc´ı pod diagon´ alami uˇz nedok´ aˇz´ı urychlit dan´ y typ ˇca ´stice na energii uvedenou u kaˇzdé z ˇcar




3 / 21

tˇri typy objekt˚ u jako slibn´ı kandid´ ati: mal´ e neutronov´ e hvˇ ezdy, kter´ e obklopuje intenzivn´ı magnetick´ e pole aktivn´ı galaktick´ a j´ adra, kde ˇ cern´ a d´ıra o hmotnosti nˇ ekolika des´ıtek mili´ on˚ u hmotnost´ı Slunc´ı aktivnˇ e polyk´ a okoln´ı hmotu velmi rozs´ ahl´ e r´ adiov´ e laloky, kter´ e nach´ az´ıme v aktivn´ıch r´ adiov´ ych galaxi´ıch

... pouze spekulativn´ı, i tyto objekty dosahuj´ı pouze stˇeˇz´ı na hranici 1020 eV, a to v´ıceménˇe jen v pˇr´ıpadˇe, ˇze efektivita urychlov´ an´ı je témˇeˇr stoprocentn´ı pˇredpoklad Fermiho urychlov´ an´ı ˇca ´stice se pohybuje mnohokr´ at tam a zpˇet v gradientu magnetického pole a v kaˇzdém cyklu z´ısk´ a trochu energie nav´ıc




4 / 21

urˇcen´ı zdroj˚ u kosmického z´ aˇren´ı na z´ akladˇe jejich rozloˇzen´ı na obloze v pˇr´ıpadˇ e neutronov´ y hvˇ ezd bychom mˇ eli vidˇ et v´ıce ˇ ca ´stic, kter´ e pˇrich´ az´ı z prostoru okol´ı roviny naˇs´ı Galaxie v pˇr´ıpadˇ e o r´ adiov´ e laloky aktivn´ıch galaxi´ı jen p´ ar vhodn´ ych kandid´ at˚ u

anal´ yza prostorového rozloˇzen´ı smˇer˚ u pˇr´ıchod˚ u m˚ uˇze b´ yt ponˇekud oˇsemetn´ a trajektorie ˇ c´ astic jsou st´ ale ovlivˇ nov´ any magnetick´ ym polem pro nejvyˇsˇs´ı energie vliv sice nejmenˇs´ı, ale poˇr´ ad o jednotky stupˇ n˚ u v pˇr´ıpadˇ e proton˚ u a o des´ıtky stupˇ n˚ u pro tˇ eˇ zˇs´ı j´ adra

pozorovan´ a distribuce smˇer˚ u pˇr´ıchod˚ u ˇca ´stic kosmického z´ aˇren´ı je kl´ıˇcov´ ym vod´ıtkem ke spr´ avné identifikaci zdroj˚ u snaha o korelaci mezi kosmick´ ym z´ aˇren´ım a aktivn´ımi galaktick´ ymi j´ adry




5 / 21

Pierre Auger Observatory - 2007: 27 event˚ u s energi´ı E ≥ 55 EeV




6 / 21

Pierre Auger Observatory - 2009, 69 event˚ u s energi´ı E ≥ 55 EeV




7 / 21

Z historie ... 4. srpen 1826: Centaurus A (NGC 5128) objevil James Dunlop na observatoˇri Parramatta v Australii 1948/49: John Bolton, Gordon Stanley, a Bruce Slee oznaˇcili Centaurus A jako silnou radio galaxii 1986: Supernova 1986G 1997: Kenneth Kellermann, Anton Zensus, a Marshall Cohen - j´ adro m´ a jen ∼ 10 svˇeteln´ ych dn˚ u 2008: hmotnost ˇcerné d´ıry stanovena na (5.5 ± 3.0) × 107 MSlunce




8 / 21




9 / 21




12 / 21




13 / 21




14 / 21

Galaktick´ e magnetick´ e pole Galaktické magnetické pole lze rozdˇelit na dvˇe ˇca ´sti: disk a halo, obˇe s regul´ arn´ı a turbulentn´ı komponentou vˇetˇsina informace o regularn´ı komponentˇe disku z mˇeˇren´ı Faradayovy rotace pulsar˚ u a extragalaktick´ ych radiov´ ych zdroj˚ u




15 / 21

Galaktick´ e magnetick´ e pole spir´ aln´ı diskové magnetické pole: axisymetrick´ y (ASS) model (a) x bisymetrick´ y (BSS) model (b); kvadrup´ olov´ a struktura (c) x dip´ olov´ a struktura (d)




16 / 21

Galaktocentrické cylindrické souˇradnice Br = B(r, θ) sin p,

Bθ = B(r, θ) cos p,

B(r, θ) = b(r) cos θ −

1 ln(r/ξ0 ) , tan p

π ξ0 = (R0 + d) exp − tan p , 2 B(r, θ, z) = f (z)B(r, θ)




17 / 21

Modely galaktick´ ych magnetick´ ych pol´ı: TT model: (Tinyakov a Tkachev) b(r) ∝ r−1 pro r > rmin = 4 kpc a b(r) = konst. pro r ≤ rmin f (z) = exp(−|z|/z0 ), kde z0 = 1.5 kpc pˇredstavuje velikost halo. HMR model: (Harari, Mollerach a Roulet) b(r) =

3R0 tanh3 (r/r1 ), r

f (z) =

1 1 + 2 cosh(z/z1 ) 2 cosh(z/z2 )

r1 = 2 kpc, z1 = 0.3 kpc, z2 = 4 kpc. Pro r r1 je b(r) ∝ r−1 a vymiz´ı v galaktickém centru. R0 = 8.5 kpc je vzd´ alenost Slunce od stˇredu galaxie. ˇ ıda) PS model: (Prouza a Sm´ b(r) = 3

R0 , r

|B(r, θ, z)| = |B(r, θ)|e(−|z|/z0 ) ,

kde z0 = 1 kpc.




18 / 21

TT model ˇ Michal Vlas´ ak (FJFI CVUT)

HMR model 11 milion˚ u svˇ eteln´ ych let od domova ...

PS model ˇ Workshop 2013 EJCF

19 / 21

Nˇ eco m´ alo, co jeˇ stˇ e zb´ yv´ a doladit ... Je Centaurus A opravdu zdrojem vysokoenergetického kosmického z´ aˇren´ı? Jak´ y je p˚ uvod ostatn´ıch event˚ u? Jak´ y je model galaktického magnetického pole? Jak´ y je p˚ uvod galaktického magnetického pole? a extragalaktické magnetické pole?




20 / 21

A to je vˇ se ... :-)




21 / 21

11 milionů světelných let od domova

Recommend Documents