Gigantische Explosionen Gammaastronomie - das Universum bei höchsten Energien Gernot Maier
Credit: Stephane Vetter (Nuits sacrees)
Kollidierende Galaxien
Licht = Elektromagnetische Strahlung Welle Teilchen Frequenz, Energie, Temperatur 750 nm 400 nm Wellenlänge
Licht = Elektromagnetische Strahlung Welle Teilchen Frequenz, Energie, Temperatur 1 K 100 K 1,000 K 10 8 K 10 10 K Radio Infrarot Mikrowellen Sichtbar Ultraviolet Röntgen Gamma 1 m - 1 km 1 cm 1 μm - 1 mm 400-700 nm 10-400 nm 0.01-10 nm < 0.01 nm Wellenlänge
Licht = Elektromagnetische Strahlung Frequenz, Energie, Temperatur 1 K 100 K 1,000 K 10 8 K 10 10 K Radio Infrarot Mikrowellen Sichtbar Ultraviolet Röntgen Gamma 1 m - 1 km 1 cm 1 μm - 1 mm 400-700 nm 10-400 nm 0.01-10 nm < 0.01 nm Wellenlänge
Licht = Elektromagnetische Strahlung Teilchenphysikalische Prozesse Frequenz, Energie, Temperatur 1 K 100 K 1,000 K 10 8 K 10 10 K Radio Infrarot Mikrowellen Sichtbar Ultraviolet Röntgen Gamma 1 m - 1 km 1 cm 1 μm - 1 mm 400-700 nm 10-400 nm 0.01-10 nm < 0.01 nm Wellenlänge
sichtbares Licht
sichtbares Licht Röntgen Infrarot
Unsere Galaxie - die Milchstrasse Two Micron All Sky Image ~300 Milliarden Sterne in der Milchstrasse
Unsere Galaxie - die Milchstrasse Two Micron All Sky Image
Unsere Galaxie - die Milchstrasse Sichtbar heiße Sterne
Unsere Galaxie - die Milchstrasse Infrarot Staub Sichtbar heiße Sterne
Unsere Galaxie - die Milchstrasse Radio 21cm Infrarot kaltes Gas Staub Sichtbar heiße Sterne
Unsere Galaxie - die Milchstrasse Radio 21cm Infrarot kaltes Gas Staub Sichtbar heiße Sterne Röntgen sehr heißes Gas
Unsere Galaxie - die Milchstrasse Radio Radio 21cm Infrarot hochenergetische Teilchen in Magnetfeldern kaltes Gas Staub Sichtbar heiße Sterne Röntgen sehr heißes Gas
Unsere Galaxie - die Milchstrasse Radio Radio 21cm Infrarot hochenergetische Teilchen in Magnetfeldern kaltes Gas Staub Sichtbar heiße Sterne Röntgen Gamma sehr heißes Gas hochenergetische Teilchen
Unsere Galaxie - die Milchstrasse Radio Radio 21cm Infrarot hochenergetische Teilchen in Magnetfeldern kaltes Gas Staub Sichtbar heiße Sterne Röntgen Gamma sehr heißes Gas hochenergetische Teilchen Woher kommen diese hochenergetischen Teilchen?
20 J Kosmische Strahlung besteht hauptsächlich aus Elektronen, Protonen, Helium-Kernen weiter Energiebereich: 1000 ev bis 100.000.000.000.000.000.000 = 10 20 ev Viktor Hess (1912) Nobelpreis 1936 Siebente Ballonfahrt von Hess
20 J Kosmische Strahlung besteht hauptsächlich aus Elektronen, Protonen, Helium-Kernen weiter Energiebereich: 1000 ev bis 100.000.000.000.000.000.000 = 10 20 ev http://www.wissensnetz.org/ Viktor Hess (1912) Nobelpreis 1936
LHC in Genf Zum Vergleich die größte Machine der Welt: Maximale Energie: 7 TeV = 7 x 10 12 ev
Wie funktionieren die kosmischen Teilchenbeschleuniger? Was ist der Ursprung der kosmischen Strahlung? Physik unter extremen Bedingungen (Energien, Elektromagnetische Felder, Gravitationsfelder,...)
Kosmische Strahlung - Gammastrahlung
Kosmische Strahlung - Gammastrahlung Compton Streuung Elektron-Photon Kollision Elektron mit hoher Energie Elektron mit niedriger Energie γ (Photon) Lichtteilchen mit niedriger Energie Lichtteilchen mit hoher Energie
Kosmische Strahlung - Gammastrahlung Compton Streuung Elektron-Photon Kollision Teilchenzerfall Proton-Proton Kollision Elektron mit hoher Energie Elektron mit niedriger Energie Proton γ (Photon) π + π - π 0 γs (Photonen) Proton Lichtteilchen mit niedriger Energie Lichtteilchen mit hoher Energie Lichtteilchen mit hoher Energie
Quellen kosmischer Gammastrahlung 300 Milliarden Sterne in der Milchstrasse 100 Quellen kosmischer Gammastrahlung (>10 12 GeV)
Quellen kosmischer Gammastrahlung 300 Milliarden Sterne in der Milchstrasse 100 Quellen kosmischer Gammastrahlung (>10 12 GeV) Supernova Pulsar Windnebel Doppelsterne Starburst Galaxies Aktive Galaxien Gamma Ray Bursts
Supernovae explodierende Sterne
Energieproduktion in Sternen Sterne bestehen überwiegend aus Wasserstoff und Helium Gas
Energieproduktion in Sternen Sterne bestehen überwiegend aus Wasserstoff und Helium Gas Energieproduktion durch Fusion im Zentrum des Sternes: Wasserstoffbrennen Heliumbrennen...
Energieproduktion in Sternen Sterne bestehen überwiegend aus Wasserstoff und Helium Gas Energieproduktion durch Fusion im Zentrum des Sternes: Wasserstoffbrennen Heliumbrennen... Gravitation erzeugt Druck nach innen Fuionsreaktionen erzeugen Druck nach außen
Energieproduktion in Sternen Sterne bestehen überwiegend aus Wasserstoff und Helium Gas Energieproduktion durch Fusion im Zentrum des Sternes: Wasserstoffbrennen Heliumbrennen... Gravitation erzeugt Druck nach innen Fuionsreaktionen erzeugen Druck nach außen Was passiert wenn der Treibstoff (Wasserstoff, Helium) ausgeht?
Massive Sterne explodieren zu Supernovae
SN 1987 A
SN 1987 A
Tychos Supernova (1572)
heißer Überrest (Millionen Grad Celsius) Tychos Supernova (1572)
heißer Überrest (Millionen Grad Celsius) Teilchenbeschleunigung in Schockfront Tychos Supernova (1572)
3000 km/s Supernovae sind wohl einer der Quellen der kosmischer Strahlung. (das sagen wir seit über 60 Jahren...)
Neutronensterne - kosmische Uhren Neutronensterne sind einer der möglichen Endstadien für einen schweren Stern Extreme Dichte: 1 Teelöffel Neutronensternmaterie wiegt 1 Milliarde Tonne Unter den besten Uhren die wir kennen: z.b. PSR 1937+214: Periode=0.00155780644887275 s
Neutronensterne - Pulsare Pulsare sind rotierende Neutronensterne Pulsar emittieren Gammastrahlen bei sehr hohen Energien (Wie?)
Aktive Galaxien Superschwere schwarze Löcher
Schwarze Löcher Objekte hoher Dichte: Gravitation ist so stark, daß nichts dieses Objekt verlassen kann (selbst Licht nicht) In ausreichender Entfernung: kein Unterschied zwischen einem schwarzen Loch und einem Objekt gleicher Masse spürbar
Das Zentrum der Milchstrasse Schwarzes Loch mit 4 Millionen Sonnenmassen
Aktive Galaktische Kerne
Aktive Galaktische Kerne extrem helles Zentrum der Galaxie Schwarzes Loch mit 10 9 Sonnenmassen
Aktive Galaktische Kerne 5000 Lichtjahre = 5x10 16 km Jet: Materiestrahl mit Auswurfgeschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit extrem helles Zentrum der Galaxie Schwarzes Loch mit 10 9 Sonnenmassen
Aktive Galaktische Kerne 5000 Lichtjahre = 5x10 16 km Jet: Materiestrahl mit Auswurfgeschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit Möglicherweise Quellen der kosmischen Strahlung extrem helles Zentrum der Galaxie Schwarzes Loch mit 10 9 Sonnenmassen
W Comae - ein Aktiver Galakischer Kern 7./8. Juni 2008 ] 2 Energie pro Zeit ν F und ν [ergs/s/cm Fläche -9 10-10 10-11 10-12 10-13 10 Radio Sichtbar Röntgen Gamma SSC model SSC+EC model disk MJD 54624.0-54626.0 10 Millionen photons/m 2 /s EC 1 photon/m 2 /Tag SSC sync -14 10 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 log ν [Hz] 10 Energie pro Zeit und Fläche
W Comae - ein Aktiver Galakischer Kern 9. Juni 2008 ] 2 Energie pro Zeit ν F und ν [ergs/s/cm Fläche -9 10-10 10-11 10-12 10-13 10 Radio Sichtbar Röntgen Gamma SSC model SSC+EC model MJD 54626.0-54626.9 SSC disk EC sync -14 10 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 log ν [Hz] 10 Energie pro Zeit und Fläche
Teleskope CTA
Unsere Galaxie - die Milchstrasse Radio Radio 21cm Infrarot hochenergetische Teilchen in Magnetfeldern kaltes Gas Staub Sichtbar heiße Sterne Röntgen Gamma sehr heißes Gas hochenergetische Teilchen Vielzahl unterschiedlicher Teleskope
Arecibo (Radio) Teleskope Spitzer (IR) Fermi (Gammastrahlung) Suzaku (Röntgen) VLT (sichtbarer Bereich) VERITAS (Gammastrahlen) Auger (kosmische Strahlen) LIGO (Gravitationswellen) IceCube (Neutrinos)
Messung von Gammastrahlung Atmosphäre undurchlässig für Gammastrahlen Atmosphäre Erde
Messung von Gammastrahlung Atmosphäre undurchlässig für Gammastrahlen Gamma- Photon Atmosphäre Erde
Messung von Gammastrahlung Atmosphäre undurchlässig für Gammastrahlen Gamma- Photon Teilchenschauer in der Atmosphäre Atmosphäre Erde
Messung von Gammastrahlung Atmosphäre undurchlässig für Gammastrahlen Gamma- Photon Atmosphäre Teilchenschauer in der Atmosphäre Tscherenkow- Licht Tscherenkow-Licht von Luftschauern: schwacher, extrem kurzer bläulicher Lichtblitz Teleskope: Nanosekunden Belichtungszeit Sensitivität auf einzelne Photonen/m 2 Erde
Ein CTA Teleskop - DESY Entwicklung
CTA - Cherenkov Telescope Array
CTA - Cherenkov Telescope Array Was ist der Ursprung der kosmischen Strahlung? Wie funktionieren die kosmischen Teilchenbeschleuniger? Physik unter extremen Bedingungen (Energien, Elektromagnetische Felder, Gravitationsfelder,...)