Astronomie mit Gammastrahlung

Transkript

1 Astronomie mit Gammastrahlung Christian Stegmann Erlangen Centre for Astroparticle Physics Universität Erlangen-Nürnberg Berlin, October 2010

2 Das Sternbild Orion

3 Unsere Milchstrasse

4 Unser Nachthimmel bei 1 ev

5 ( Jahren Unser Nachthimmel bei ev (vor 20

6 Strahlung Die Kosmische Strahlung ein Teilchenregen aus dem Weltall 1912: Die Entdeckung durch Viktor Hess Apparat 1 Apparat h [m]

7 Wo sind die Quellen? Proton

8 Gammastrahlung zeigt zurück auf die Quelle! Proton Photon

9 Gamma Gamma Röntgen Ultraviolett Sichtbares Licht Infrarot Radio Unsere Atmosphäre ist undurchsichtig für Gammastrahlung! 500 km 100 km 10 km 0 km

10 Nachweis der Gammastrahlung Photon (Lichtteilchen) ~ 10 km

11 Nachweis der Gammastrahlung Photon (Lichtteilchen) ~ 10 km

12 Der Anfang Galbraith and Jelley, 1953

13 Wie kann man Gammastrahlung messen? Photon Einzelteleskop-Ereignis 3-Teleskop-Ereignis In gemeinsamer Kameraebene Intensität Energie Orientierung Richtung Form Primärteilchen

14 Viele Meteore

15 Die Entdeckung des Krebs-Nebels (Supernova 1054) Der Krebs-Nebel im Optischen

16 1989: Die Entdeckung des Krebs-Nebels (Whipple) Entdeckung nach 50 Stunden Beobachtung

17 ( Jahren Unser Nachthimmel bei ev (vor 20 Galaktisch

18 ( Jahren Unser Nachthimmel bei ev (vor 6 Galaktisch Extragal.

19 2010: Cherenkov-Teleskope weltweit Veritas MAGIC H.E.S.S. CANGAROO III

20 High Energy Stereoscopic System MPI Kernphysik, Heidelberg, LSW Heidelberg, Humboldt Universität Berlin, Ruhr Universität Bochum, Universität Erlangen-Nürnberg Universität Hamburg, Ecole Polytechnique, Palaiseau, College de France, Paris, Universite Paris VI-VII, LEA Saclay, CESR Toulouse, GAM Montpellier, LAOG Grenoble, Paris Observatory, Durham University, Dublin Inst. For Adv. Studies, Yerewan Physics Inst., Univ. Potchefstroom, Univ. Of Namibia, Windhoek

21 Namibia

22 Links abbiegen!

23 Namibia

24 Das H.E.S.S-Teleskopsystem 2006 Philippe Plailly.

25 Warum Namibia? Klarer Himmel Zentrum der Milchstraße im Zenit Mildes Klima Leichter Zugang Gute lokale Unterstützung

26 Nicht alles ist schön in Namibia!

27 Noch eine Schlange...

28 Ein H.E.S.S.-Teleskop

29 Eine 1 kpix Digitalkamera

30 Wichtigste Eigenschaft der Kamera: kurze Verschlusszeiten 1/10000 s (100 μs) 1/ s (10 μs) 1/ s (1 μs) 1/ s (100 ns) 1/ s (10 ns)

31 Wichtigste Eigenschaft der Kamera: kurze Verschlusszeiten 1/10000 s (100 μs) 1/ s (10 μs) 1/ s (1 μs) 1/ s (100 ns) 1/ s (10 ns)

32 Wichtigste Eigenschaft der Kamera: kurze Verschlusszeiten 1/10000 s (100 μs) 1/ s (10 μs) 1/ s (1 μs) 1/ s (100 ns) 1/ s (10 ns)

33 Wichtigste Eigenschaft der Kamera: kurze Verschlusszeiten 1/10000 s (100 μs) 1/ s (10 μs) 1/ s (1 μs) 1/ s (100 ns) 1/ s (10 ns)

34 Wichtigste Eigenschaft der Kamera: kurze Verschlusszeiten 1/10000 s (100 μs) 1/ s (10 μs) 1/ s (1 μs) 1/ s (100 ns) 1/ s (10 ns)

35 Das Gesichtsfeld Belichtungszeit 1/ s (10 ns) Bildrate ~500 Hz

36 ( Whipple ) 1989: Die Entdeckung des Krebs-Nebels Entdeckung nach 50 Stunden Beobachtung

37 Fortschritt Nachweis nach 30 Sekunden

38 From Source Hunting... to real Astronomy and Astrophysics

39 The sources of cosmic rays molecular cloud massive star no acceleration until... SNR shell RX J1713 Jim Hinton

40 The sources of cosmic rays yes molecular cloud nearby accelerator active cloud massive star binary system yes compact companion no yes no acceleration until... in cluster? Neutronenstern? no no Sagittarius B collective wind interaction yes Westerlund 2 SNR shell Composite SNR yes neutron star no PWN binary-pwn radio-jet RX J1713 G HESS J1825 PSR B LS 5039? Jim Hinton

41 The sources of cosmic rays yes molecular cloud nearby accelerator active cloud massive star binary system yes compact companion no yes no acceleration until... in cluster? Neutronenstern? no no Sagittarius B collective wind interaction ja Westerlund 2 SNR shell Composite SNR yes neutron star no PWN binary-pwn radio-jet RX J1713 G HESS J1825 PSR B LS 5039? Jim Hinton

42 Supernova Remnants van der Swaluw, Downes, & Keegan 2003

43 Supernova Remnants van der Swaluw, Downes, & Keegan similar effects due to inhomogeneity of ambient medium

44 Supernova-Überreste die Quellen der Kosmischen Strahlung? Cas A, Chandra, Röntgen

45 Die Beschleuniger der Kosmischen Strahlung? Warum Supernova-Überreste? Große Energiefreisetzung E SNR 10 E CR Beschleunigung in der Schockwelle Schockwelle

46 Der Supernova-Überrest RX J ROSAT (Röntgen, kev)

47 Der Supernova-Überrest RX J Ein Gaststern erschien in der Konstellation Wei während des zweiten Mondes des achtzehnten Jahres der Tai-Yuan Regierungsperiode (Feb. März 393) und verschwand während des neunten Mondes (Okt. Nov. 393)

48 Das erste astronomische TeV Gammastrahlungsbild

49 RX J RX J Berezkho & Völk astro/ph Synchrotron ~B 2 d = 1 kpc E = erg M = 3.5 M (r)= /cm 3 B = 126 G ~10 G e/p = 10-4 Elektron IC

50 Supernova-Überreste Vela (Rosat) Vela Junior Entferning 200 pc Alter 700 y

51 Supernovae in Gamma- und Röntgenstrahlung Gammastrahlung Röntgenstrahlung

52 Wo stehen wir heute? In Supernova-Überreste findet Schockwellenbeschleunigung statt aber sind es Protonen oder Elektronen (oder beides)?... reicht die Leistung?

53 Die H.E.S.S. Himmelsdurchmusterung Wir sind hier

54 H.E.S.S. Durchmusterung

55 H.E.S.S. Durchmusterung der Milchstraße

56 H.E.S.S. Durchmusterung der Milchstraße

57 Unser Nachthimmel bei ev (vor 6 Jahren) Galaktisch Extragal.

58 Unser Nachthimmel bei ev (Heute) Galaktisch Extragal.

59 Eine Zeit voller Entdeckungen! Default Catalog & Newly Announced Experiments: Cangaroo, Crimea, Mark 6 Telescope, H.E.S.S., MAGIC, Milagro, Telescope Array, VERITAS, Whipple

60 Der nächste Schritt

61 H.E.S.S. II

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63 Die Zukunft Das Cherenkov Telescope Array CTA Ein Observatorium für Gammastrahlungsastronomie im nächsten Jahrzehnt

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66 Alle Supernova-Überreste in der Milchstraße!

67 Die Galaktische Ebene mit CTA Winkelauflösung: 0.2 deg (~ 50 GeV)

68 Die Galaktische Ebene mit CTA Winkelauflösung: 0.05 deg (> 1 TeV)

69 TeV-Gammastrahlungsastronomie ist Wirklichkeit 2006 Philippe Plailly. und hat eine strahlende Zukunft!

70 Summary Cosmic rays are messengers from the high energy Universe play an important role in the development of our Galaxy are described in our Galaxy as a fluid Sources are active accelerate particles in shock waves But even 100 years after the discovery the main questions raised by cosmic rays are still unanswered

71 Außerhalb unserer Milchstraße

72 Der Der PKS2155-Strahlungsausbruch Fluss Zeit [min]

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74 H.E.S.S. II Status

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