Ergebnisse der TeV Gammastrahlungsastronomie

Transkript

1 Ergebnisse der TeV Gammastrahlungsastronomie Was ist Gammastrahlungsastronomie? Detektoren auf der Erde (H.E.S.S., Magic) Woher kommt Sie? Zukunft (Magic( II, H.E.S.S. II) 1

2 Was ist TeV Gammastrahlungsastronomie? TeV Bereich Tera Elektronen Volt sichtbares Licht ~1eV = ev E = 1 TeV f = Hz TeV Bereich ~ f = bis Hz 2

3 Was ist TeV Gammastrahlungsastronomie? Das Universum im sichtbaren Licht (ev) 3

4 Was ist TeV Gammastrahlungsastronomie? Das Universum im Radio-Bereich (10 6 ev) 4

5 Was ist TeV Gammastrahlungsastronomie? Das Universum im Infrarot-Bereich (10 2 ev) 5

6 Was ist TeV Gammastrahlungsastronomie? Das Universum im Röntgen-Bereich (10 3 ev) 6

7 Was ist TeV Gammastrahlungsastronomie? Das Universum im Gammastrahlen-Bereich (10 9 ev) 7

8 Was ist TeV Gammastrahlungsastronomie? Das Universum im TeV-Bereich 8

9 Wie entsteht Gamma-Strahlung: Inverser Compton-Effekt Effekt: e + γ e + γ (TeV) Zerfall von neutralen Pionen p + Kern π + X π o γγ π ± µ ± ν 9

10 Wie entsteht Gamma-Strahlung: Photonen zeigen direkt zur Quelle 10

11 Nachweistechniken: MeV GeV TeV PeV EeV ZeV Energie Satelliten Cherenkov- Teleskope Luftschauer N 2 Fluoreszenz Weltall Auf der Erde 11

12 Nachweistechniken: Cherenkov-Schauer Maßgebliche Prozesse: Kern-Kern Kern-Wechselwirkung Zerfall von Pionen Bremsstrahlung Paarbildung Cherenkov-Effekt Teilchen dringt mit TeV ein Analog zum Überschallknall a) Photon b) Proton 12

13 Cherenkov-Schauer Schauer: Photon verurscht Kaskade von Reaktion Cherenkov Licht: Dauer 5ns 100 Photonen/m² Abgedeckte Fläche ~ m² m Photon Teilchenschauer Cherenkov-Licht ~ 1 o ~ 10 km ~ 120 m 13

14 Cherenkov-Schauer Schauer: Bildintensität Energie Bildorientierung Richtung Bildform Primärteilchen rteilchen Photon Teilchenschauer Cherenkov-Licht ~ 10 km 14

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16 Cherenkov-Schauer Schauer: Das Wichtigste bei den Detektoren ist die Verschlusszeit Beste Foto-Kamera Kamera: : ~100µ ~ 100µs Verschlusszeit 16

17 Cherenkov-Schauer Schauer: Das Wichtigste bei den Detektoren ist die Verschlusszeit Beste Foto-Kamera Kamera: : ~100µ ~ 100µs Verschlusszeit 17

18 Cherenkov-Schauer Schauer: Das Wichtigste bei den Detektoren ist die Verschlusszeit Beste Foto-Kamera Kamera: : ~100µ ~ 100µs Verschlusszeit 18

19 Cherenkov-Schauer Schauer: Das Wichtigste bei den Detektoren ist die Verschlusszeit Beste Foto-Kamera Kamera: : ~100µ ~ 100µs Verschlusszeit 19

20 Cherenkov-Schauer Schauer: Das Wichtigste bei den Detektoren ist die Verschlusszeit: 10ns Beste Foto-Kamera Kamera: : ~100µ ~ 100µs Verschlusszeit 20

21 Detektoren auf der Erde: Veritas MAGIC H.E.S.S. CANGAROO III Beispiele der größ ößten Cherenkov Teleskope Eine weltweite Beteiligung 21

22 Detektoren auf der Erde: H.E.S.S. Ort: Namibia Wüste (1800m Höhe) Eigenschaften: - Spiegelfläche ~107m 2 (pro Einheit) - Durchmesser 13 m - 5 o Gesichtsfeld - Energieschwelle: Aufbau: 100 GeV 10 TeV - 4 Teleskope seit

23 Detektoren auf der Erde: Magic Ort: 2200 m Höhe auf der Kanarischen Insel La Palma Eigenschaften: - Spiegelfläche ~239m 2 - Durchmesser 17 m - 3,5 o Gesichtsfeld - Energieschwelle: Aufbau: 30GeV 30 TeV - Im Einsatz seit

24 Was sind die Quellen der TeV Gammastrahlungsastronomie? Durchmusterungsregion Erste sensitive Durchmusterung nach neuen galaktischen Quellen Sicht auf das Milchstraßenzentrum 24

25 Was sind Ihre Quellen? Pulsar Wind Nebel, Röntgen-Binärsysteme, Unbekannt, Supernova Überreste; 25

26 Was sind Ihre Quellen? Das Universum im TeV-Bereich 26

27 Was sind Ihre Quellen? Supernova Überreste Massereiche Sterne implodieren am Ende eines relativ kurzem Lebens Abgeworfene Gashülle trifft auf das Material des Vorläufersterns (intensiver aber relativ langsamer Sternwind) Schockfront ~ 15% Ihrer kin. Energie werden zur Beschleunigung geladener Teilchen verbraucht bis zu 100TeV Bild: Supernova SN

28 Was sind Ihre Quellen? Supernova Überreste Schockwelle Schockwellenfront: Wiederholte Streuung geladener Teilchen an bewegtem magnetisiertem Plasma Vergleichbar mit Reiten auf einer Welle Beschleunigungen der Teilchen bis ca. 100 TeV Energien bis zum Knie erklärbar rbar 28

29 Was sind Ihre Quellen? Supernova Überreste Röntgenspektrum Gamma-Spektrum Röntgenlinien Entdeckung vom Supernova Überresten z.b.: RX J Korrelation mit RöntgenlinienR 29

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31 Was sind Ihre Quellen? Supernova Überreste Synchrotronstrahlung Neutraler Pion- Zerfall + Inverser Compton- Prozess Spektrum von der Supernova RX J Radio & Röntgenstr. R = Synchrotronstr.. aus hochenergetischen Elektronen Synchrotronstrahlung (z.b. bei Neutronenst.) liefert nötige n Energie fürf IC und neutralem Pion-Zerfall SSC-Model Model: Synchrotron-Self Self-Compton-Modell 31

32 Was sind Ihre Quellen? Plerionen/Pulsarwindnebel (PWN) Plerionen/Pulsarwindnebel (PWN): Supernova mit Pulsar in der Mitte, dadurch leuchtender Plasmanebel Das relativistisches Elektronenplasma wird gespeist durch einen zentralen Pulsar 32

33 Was sind Ihre Quellen? Plerionen/Pulsarwindnebel (PWN) Optisch Röntgen Beispiel: Krebs-Nebel Stärkste TeV-Quelle Standardkerze der Gammastrahlungsastronomie 33

34 Entdeckungen: z.b.: Im Galaktischen Zentrum 34

35 Entdeckungen: Feb. 04 März 04 Apr./Mai 04 Untere Quelle: Binarsystem mit Pulsar PSR B Umlaufzeit: : 3,4 Jahre Obere Quelle: J Noch unbekannt Nur im TeV- Bereich sichtbar 35

36 Zukuft: : H.E.S.S. II Verbesserte Sensitivität: 4 Kleine + 1 Großes 8 Kleine Reduzierte Schwelle: O(20 GeV) Fertigstellung: Spiegeldurchmesser: 30m Spiegelfläche: ca. 600m² 36

37 Zukuft: : Magic II Verbesserte Photosensoren mit höherer herer Sensitivität Weiterentwickelte Kamera mit kleineren Pixels Ausmaße e die Gleichen wie bei Magic I Fertigstellung 2008 Insgesamte Spiegelfläche: 478m² 37