Timokhin Alexey 24.01.03 Definition Gamma Strahlung : Photonen mit E > 100 keV EnergieBezeichnungDetektoren 10 - 30 MeVmediumSatellit 30 MeV - 30 GeVHESatellit.

Timokhin Alexey 24.01.03

Definition

Gamma Strahlung : Photonen mit E > 100 keV

Energie Bezeichnung Detektoren

10 - 30 MeV medium Satellit

30 MeV - 30 GeV HE Satellit

30 GeV - 30 TeV VHEČerenkov-DetektorTeilchendetektor

30 TeV - 30 PeV UHE Teilchendetektor

> 30 PeV EHETeilchendetektor

Fluoreszenzdetektor

Motivation

Ein Problem der Astroteilchenphysik -

Der Ursprung der kosmischen Strahlung

Photonen zeigen direkt zur Quelle!

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 )

Nachweis

Photoeffekt + Atom => Atom+ + e-

Compton-Effekte-

ruhend =>

' +e-

schnell

e-e+-PaarerzeugungKern =>e- +e+ +Kern'

I(x) = I0 .exp{-x}

Nachweis

Paar-Konvertierunge-e+

im Spurenkammersystem

Kalorimetermessung von E= E

e-+E

e+

Messung der Einfallsrichtung des Photons:

ppe-

+pe+

pe-=E

e- / c ; p

e+=E

e+ / c

(bei E >> mec2)

Projekte

/ Winkelauflösung E /E Energieauflösung

Aeff(E) effektive Fläche

entscheidender Nachteil:

kleine Detektorfläche wenige s O(10) GeV Limit

Jahr Satellit / [°] E /E [%] Aeff(E) [cm2]

1972 SAS-2 Technisches Versagen nach 7 Monaten

1975 COS-B 7.2 .. 2.4 50 .. 70 12 .. 50

1991CGRO Egret

5.5 .. 0.4 19 – 26 700 – 1600

2006 GLAST 3 .. 0.1 10 (?) – 8000

EGRET

Energetic Gamma Ray Experiment Telescope (EGRET)

EGRET – Ergebnisse

Die Entdeckung der Blazare

Die Beobachtung der Pulsare

Die Kartographierung des Gesamthimmels

Der Nachweis von Photonen der Gamma-ray bursts

Die Rätsel der noch unidentifizierten Quellen

GLAST

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

Atmosphärische Luftschauer

e+

e-• Paar-Konvertierung an Kernen

• Einfallendes Photon mit E,

e-

e+

• Bremsstrahlung

• Čerenkovlicht Schauerfront

• e+,e- : v~c >cLuft (Ekin

= 21 Mev)

Čcos

Č = 1/(n

V/c

E TeV …erreichen nicht die Erde

IACT's Projekte

HESS

High Energy Stereoscopic System (HESS)

4 Teleskope (13 m Spiegeldurchmesser)

• Kamera: 960 PMTs

Eigenschaften: / 0.1°E /E 20%Aeff(1TeV) 250 000 m2

Ethreshold 100 GeV

Ergebnisse

Gesamter Himmel

EGRET: ~ 300 Quellen < 10 GeV

Erdboden: ~ 20 > 1 TeV

-Wechselwirkungen

Wechselwirkung mit den Photonen der 2,7-Kelvin-Schwarzkörper-Strahlung: + e+ + e-

ESchwelle

= 2me2/(1-cos

Zentraler Stoss ( eVE

SchwelleeV

Wechselwirkung mit Infrarot- und Sternenlichtphotonen: + + + -

=> entfernte Bereiche des Universums (>100 kpc) bleiben für Photonen mit ETeV verschlossen

Quellen

Überreste von Sternexplosionen:

Schockfronten an der abgestossenen SternenhülleKompakte Überreste (schwarze Löcher, Neutronensterne)

SNR1987 A

Pulsare

Quellen

aktive galaktische Kerne (AGN) quasistellare Radioquellen (Quasare)Blazare … kurzzeitig extrem veränderliche Objekte…

…sowie Gamma- Quasare bei grossen Rotverschiebungen (z>2)…

Schwarze Löcher – “Kraftwerke”

Quellen

Gamma – Burster.

plötzlich, unvorhersagbarRate 1/Tag

kurze Dauer (1 .. 100 s)

28 Februar 1997: GRB970228

…in Entfernung von etwa 1 Gpc…

QuellenMögliche Kandidaten für Gamma-Bursts:

Kollisionen von Neutronensternen untereinanderoder mit Schwarzen Löchern

Asteroideneinschläge auf Neutronensternenexplodierende primordiale Schwarze Mini-Löcher (m1g)

“Hypernovae” – Explosionen mit einem Kollaps in ein rotierendes Schwarzes Loch

kurze Burst – Zeiten => sehr kleine räumliche Ausdehnung

Quellen

Quasi-Periodischen Gamma-Burster (Soft-Gamma-Ray-Repeater)

…alle liegen in unserer Galaxie oder in den Magelanschen Wolken

Quellen

Quasi-Periodischen Gamma-Burster (Soft-Gamma-Ray-Repeater)

Ausbruch niederenergetischer s

Modell: aktiver Neutronenstern: „Magnetar“

27. August 1998Magnetar SGR-1900+14

Magnetfeld B = 1011 Tesla(1000 mal mehr als die Felder

normaler Neutronensterne)