Timokhin Alexey 24.01.03 Definition Gamma Strahlung : Photonen mit E > 100 keV...
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Timokhin Alexey 24.01.03
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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
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Motivation
Ein Problem der Astroteilchenphysik -
Der Ursprung der kosmischen Strahlung
Photonen zeigen direkt zur Quelle!
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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 )
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Nachweis
Photoeffekt + Atom => Atom+ + e-
Compton-Effekte-
ruhend =>
' +e-
schnell
e-e+-PaarerzeugungKern =>e- +e+ +Kern'
I(x) = I0 .exp{-x}
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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)
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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
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EGRET
Energetic Gamma Ray Experiment Telescope (EGRET)
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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
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GLAST
Das Gamma-Ray Large Area Space Telescope (GLAST): Large Area Telescope (LAT) GLAST Burst Monitor (GBM)
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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
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IACT's Projekte
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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
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Ergebnisse
Gesamter Himmel
EGRET: ~ 300 Quellen < 10 GeV
Erdboden: ~ 20 > 1 TeV
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-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
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Quellen
Überreste von Sternexplosionen:
Schockfronten an der abgestossenen SternenhülleKompakte Überreste (schwarze Löcher, Neutronensterne)
SNR1987 A
Pulsare
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Quellen
aktive galaktische Kerne (AGN) quasistellare Radioquellen (Quasare)Blazare … kurzzeitig extrem veränderliche Objekte…
…sowie Gamma- Quasare bei grossen Rotverschiebungen (z>2)…
Schwarze Löcher – “Kraftwerke”
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Quellen
Gamma – Burster.
plötzlich, unvorhersagbarRate 1/Tag
kurze Dauer (1 .. 100 s)
28 Februar 1997: GRB970228
…in Entfernung von etwa 1 Gpc…
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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
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Quellen
Quasi-Periodischen Gamma-Burster (Soft-Gamma-Ray-Repeater)
…alle liegen in unserer Galaxie oder in den Magelanschen Wolken
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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)