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)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
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
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
3 / 45
Tulajdonságok
Fénygörbék
Fénygörbék
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
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]
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
200
400
600
800 1000
0 -1000
-800
A gamma-kitörések rejtélyei
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
Az atomoktól a csillagokig
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 !
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
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
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
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
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
8 / 45
Tulajdonságok
BeppoSAX (1996-2003)
BeppoSAX Olasz-holland muhold ˝
távcso˝ → pontos pozíció elso˝ optikai utófény elso˝ vöröseltolódás Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
9 / 45
Tulajdonságok
BeppoSAX (1996-2003)
BeppoSAX utófények
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
10 / 45
Tulajdonságok
BeppoSAX (1996-2003)
GRB vöröseltolódások Ma a legtávolabbi esetén zmax = 8.26 !
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
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)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
12 / 45
Tulajdonságok
Swift
Kódolt maszk
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
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
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
14 / 45
Tulajdonságok
Swift
Csoportosítás
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
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
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
16 / 45
Tulajdonságok
Detektorok
Fermi detektorok
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
17 / 45
Tulajdonságok
Detektorok
Fermi GeV-es égbolt
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
18 / 45
Tulajdonságok
Detektorok
Spektrum
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
19 / 45
Tulajdonságok
Utófények
Utófények
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
20 / 45
Tulajdonságok
Utófények
Gamma, röntgen és optikai utófény
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
21 / 45
Tulajdonságok
Utófények
Szabad szemmel is látható utófény Robottávcsövekkel néhány (tíz) másodpercen belül látják az utófényt!
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
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)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
23 / 45
Tulajdonságok
Utófények
Hosszú kitörések utófénye Irreguláris galaxisok
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
24 / 45
Tulajdonságok
Utófények
Rövid kitörések utófénye
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
25 / 45
Tulajdonságok
Utófények
GRB pozíciók az anyagalaxisokban
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
26 / 45
Tulajdonságok
Utófények
Rádió utófény
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
27 / 45
Modellek
Modellek tuzgolyó ˝ modell külso˝ és belso˝ lökéshullám, mágneses térrel extra relativisztikus (99.999c), barionszegény nyaláb
m1
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
28 / 45
Modellek
Nyalábok
Nyalábok Extrém relativisztikus effektusok: csak egy gyur ˝ u˝ látszik!
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
29 / 45
Modellek
Nyalábok
Utófény letörése
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
30 / 45
Modellek
Nyalábok
Utófény letörése Optikai utófény akromatikus letörése → nyaláb mérete
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
31 / 45
Modellek
Energiaforrások
Energiaforrások Hosszú kitörések: kollapszár modell. Nagytömegu˝ Wolf-Rayet csillag összeomlása a kitörés forrása.
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
32 / 45
Modellek
Energiaforrások
Kollapszár modell
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
33 / 45
Modellek
Energiaforrások
Kollapszár modell
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
34 / 45
Modellek
Energiaforrások
Kollapszár modell
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
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
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
36 / 45
Modellek
Energiaforrások
˝ Lágygamma ismétlok
Galaktikus eredet : 7+4(?) darab ˝ ismétlodés intenzív, rövid kitörés periódikus lecsengés kapcsolat a magnetárokkal
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
37 / 45
Modellek
Energiaforrások
SGR1900+14 kitörése
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
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
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
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)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
40 / 45
HEART
Csoportok
Csoportosítási kérdések más motor/nyaláb a közepes-rövid esetekben? csak a fizikai paraméterek mások? kiválasztási effektusok?
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
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)
A gamma-kitörések rejtélyei
m4
Az atomoktól a csillagokig
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
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
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)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
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
Bagoly Zsolt (ELTE KRFT)
A gamma-kitörések rejtélyei
Az atomoktól a csillagokig
45 / 45