A gamma-kitörések rejtélyei

A gamma-kitörések rejtélyei Bagoly Zsolt ELTE TTK Komplex Rendszerek Fizikája Tanszék

2012.04.26.

Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)

A gamma-kitörések rejtélyei

Az atomoktól a csillagokig

1 / 45

Áttekintés 1 2

3

4

5

Bevezeto˝ Tulajdonságok Fénygörbék Energia Muholdak ˝ Detektorok Utófények Modellek Nyalábok Energiaforrások HEART Csoportok Anizotrópia QG, földi hatások Lorentz invariancia Földi hatások Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)



2 / 45

Bevezeto˝

Felfedezés

1972 (publikálás): Vela muholdak ˝ - Nemzetközi atomcsend egyezmény Tulajdonságok rövid (10ms - 100s) gamma felvillanás az égen maximális összenergia kb. 105 keV/cm2 egyedi fénygörbék ˝ elofutár, csendes szakaszok




3 / 45

Tulajdonságok

Fénygörbék

Fénygörbék




4 / 45

Tulajdonságok

Fénygörbék

Fénygörbék II.

600

11500 11000

500

10500

Counts

10000

400

9500 300

9000 8500

d3 11-26 keV d3 300-540 keV d1 11-26 keV

200

8000 7500

100

7000 -1000 -800 -600 -400 -200

0

Time [s]


200

400

600

800 1000

0 -1000

-800


-600

-400

-200

0

200

400

600

800


1000

5 / 45

Tulajdonságok

Energia

Energiaeloszlás

Azonnali jel

Utófény

65% gamma (keV-MeV)

7% gamma (keV-MeV)

10% gamma (GeV)

9% röntgen

7% röntgen

optikai 2%

többi < 1%

rádió 0.05%

E ≈ 1054 (Ω/4π)erg ≈ MNap c 2 !




6 / 45

Tulajdonságok

Muholdak ˝

Muholdak ˝

Légkörön kívüli detektorok: VELA, SMM, Ginga, BATSE, Ulysses, BeppoSAX, Integral, Swift, Fermi ... Gamma (részecske) detektorok (NaI, CsI): kell a nagy tömeg! International Planetary Network: pontos irány háromszögeléssel Magaslégköri ballonok




7 / 45

Tulajdonságok

BATSE

BATSE (1991-2000) A Compton Observatory fedélzetén

2704 GRB > fokos felbontás közel izotróp eloszlás → extragalaktikus eredet 2-3 GRB csoport nincs ismétlés ≈ 1 GRB/nap az egész Univerzumban




8 / 45

Tulajdonságok

BeppoSAX (1996-2003)

BeppoSAX Olasz-holland muhold ˝

távcso˝ → pontos pozíció elso˝ optikai utófény elso˝ vöröseltolódás Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)



9 / 45

Tulajdonságok


BeppoSAX utófények




10 / 45

Tulajdonságok


GRB vöröseltolódások Ma a legtávolabbi esetén zmax = 8.26 !




11 / 45

Tulajdonságok

Swift

Swift (2004-) Penn State University - NASA

kódolt maszkos távcso˝ 16%-át látja a teljes égboltnak automatikusan ráfordul a forrásra BAT, XRT, UVOT kb. 100 GRB/év Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)



12 / 45

Tulajdonságok

Swift

Kódolt maszk




13 / 45

Tulajdonságok

Swift

A GRBk osztályozása

Osztályozási paraméterek Hosszúság: T90 az 5% és 95% közötti integrált beütésszám között eltelt ido˝ (T50 is lehet). SEmin ,Emax összenergia (fluencia) pl. a Swift esetén a 15 − 25 − 50 − 100 − 150 keV közötti sávokban Hij : keménység (hardness): összenergiák aránya a sávok között, pl. H32 =

S50−100keV S25−50keV




14 / 45

Tulajdonságok

Swift

Csoportosítás




15 / 45

Tulajdonságok

Fermi

(GLAST)-Fermi (2008-) kb. 250 GRB/év 10keV - GeV tartomány! GBM: NaI, BGO detektorok LAT: 10 MeV felett automatikusan forgás: ráfordul a forrásra + teljes égletapogatás 3 óránként




16 / 45

Tulajdonságok

Detektorok

Fermi detektorok




17 / 45

Tulajdonságok

Detektorok

Fermi GeV-es égbolt




18 / 45

Tulajdonságok

Detektorok

Spektrum




19 / 45

Tulajdonságok

Utófények

Utófények




20 / 45

Tulajdonságok

Utófények

Gamma, röntgen és optikai utófény




21 / 45

Tulajdonságok

Utófények

Szabad szemmel is látható utófény Robottávcsövekkel néhány (tíz) másodpercen belül látják az utófényt!




22 / 45

Tulajdonságok

Utófények

˝ utófény Elso˝ piszkéstetoi

GRB optikai tranziens megfigyelés (Kelemen, 1997), 1997. május 15.994 UT és 1997. június 01.001 UT idõpontban. Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)



23 / 45

Tulajdonságok

Utófények

Hosszú kitörések utófénye Irreguláris galaxisok




24 / 45

Tulajdonságok

Utófények

Rövid kitörések utófénye




25 / 45

Tulajdonságok

Utófények

GRB pozíciók az anyagalaxisokban




26 / 45

Tulajdonságok

Utófények

Rádió utófény




27 / 45

Modellek

Modellek tuzgolyó ˝ modell külso˝ és belso˝ lökéshullám, mágneses térrel extra relativisztikus (99.999c), barionszegény nyaláb

m1




28 / 45

Modellek

Nyalábok

Nyalábok Extrém relativisztikus effektusok: csak egy gyur ˝ u˝ látszik!




29 / 45

Modellek

Nyalábok

Utófény letörése




30 / 45

Modellek

Nyalábok

Utófény letörése Optikai utófény akromatikus letörése → nyaláb mérete




31 / 45

Modellek

Energiaforrások

Energiaforrások Hosszú kitörések: kollapszár modell. Nagytömegu˝ Wolf-Rayet csillag összeomlása a kitörés forrása.




32 / 45

Modellek

Energiaforrások

Kollapszár modell




33 / 45

Modellek

Energiaforrások

Kollapszár modell




34 / 45

Modellek

Energiaforrások

Kollapszár modell




35 / 45

Modellek

Energiaforrások

Rövid kitörések modellei

Geometriai és/vagy egyéb kiválasztási effektusok, esetleg más motor. Összeolvadó neutroncsillagok: ˝ pulzárok), ilyenek biztosan léteznek (kettos DE: eddig nem találtak kapcsolódó gravitációs hullámot! Magnetárok, üstökösök ... m3




36 / 45

Modellek

Energiaforrások

˝ Lágygamma ismétlok

Galaktikus eredet : 7+4(?) darab ˝ ismétlodés intenzív, rövid kitörés periódikus lecsengés kapcsolat a magnetárokkal




37 / 45

Modellek

Energiaforrások

SGR1900+14 kitörése




38 / 45

HEART

HEART - High Energy Astronomy Research Team Bagoly Zsolt, Kóbori József, Szécsi Dorottya, ELTE KRFT Balázs G. Lajos, Kelemen, János, MTA CSKF KTM CSKI Horváth István, NKE HHK Mészáros Attila, Károly Egyetem Mészáros Péter, Veres Péter, Penn State University Tusnády Gábor, MTA Rényi Intézet OTKA K077795, OTKA/NKTH A08-77719 + A08-77815




39 / 45

HEART

Csoportok

Csoportok BATSE elso˝ adatok, homogén megfigyelés: hosszú (T90 > 10s ) és rövid ( T90 < 2s ) csoport jól szétválik. BATSE > 6 évnyi adat + más muholdak ˝ (BeppoSAX, Swift): ˝ de erosen ˝ 3. közepes csoport statisztikailag elkülönítheto, átfed a hosszú csoporttal. más forrástípus nincs, ill. részaránya csak minimális (1% alatti) Közepes csoport 2s > T90 > 10s, de nincs éles határ! lágyabbak a hosszú csoportnál kapcsolatban állhatnak a röntgen felvillanásokkal (BepppSAX, HETE II.) vöröseltolódásuk hasonlít a hosszú csoportéhoz Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)



40 / 45

HEART

Csoportok

Csoportosítási kérdések más motor/nyaláb a közepes-rövid esetekben? csak a fizikai paraméterek mások? kiválasztási effektusok?




41 / 45

HEART

Anizotrópia

Anizotrópia Kiváló eszköz az Univerzum feltérképezésére! BATSE ≈ 10 évnyi koherens adatbázis “egyszeru” ˝ trigger viszonylag kevés pont, több algoritmus hosszúak: nem látható anizotrópia közepesek és rövidek: nem véletlenszeru˝ az eloszlásuk Mai eszközök: expozíciós problémák, kevés esemény. Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)


m4


42 / 45

QG, földi hatások

Lorentz invariancia

A kvantumgravitáció tesztje

Lorentz invariancia: c nem függ a fotonenergiától! Mi van, ha mégis “rücskös” a világ kis skálán? GRB080916C z = 4.35 FERMI LAT: 13.2 GeV-es foton ! A E > 100 MeV fotonok kb. 5 s-ot késtek a E < 1 MeV fotonokhoz képest




43 / 45

QG, földi hatások

Lorentz invariancia

A kvantumgravitáció tesztje II.

GRB080916C FERMI LAT az E > 100 MeV fotonok kb. 5 s-ot késtek az E < 1 MeV fotonokhoz képest MQG > 1.3x1018 GeV /c 2 , kb. 10% MPlanck ˝ ha sok Más magyarázatok (pl. emissziós mechanizmus): tesztelhetok, eseményünk van (lessz)! Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)



44 / 45

QG, földi hatások

Földi hatások

Gamma-kitörések és a földi élet

Extragalaktikus kitörések: ionoszféra zavarok! Galaxison belül ≈ millió évente egy esemény néhány száz millió évente láthatjuk a nyalábot NO2 keletkezik a légkörben, az ózónpajzs megsemmisül → 100 m tengermélységig kihalási hullám ordovíciumi kihalás? m5




45 / 45

A gamma-kitörések rejtélyei

Recommend Documents