kosmičko zračenje: problem litijuma i difuznog gama-zračenja
DESCRIPTION
Kosmičko zračenje: Problem litijuma i difuznog gama-zračenja. Tijana Prodanović PMF, Univerzitet u Novom Sadu Brian D. Fields, UIUC John F. Beacom , OSU Astronomija, Univerzitet u Beogradu. Novembar , 2006. Sadržaj. Kosmičko zračenje: uvod Interakcije hadronskog kosmičkog zračenja: - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Tijana Tijana ProdanovićProdanovićPMF, Univerzitet u Novom SaduPMF, Univerzitet u Novom Sadu
Brian D. Fields, UIUCJohn F. Beacom, OSU
Astronomija, Univerzitet u Beogradu
Kosmičko zračenje:Kosmičko zračenje:Problem litijuma i Problem litijuma i
difuznog gama-zračenja difuznog gama-zračenja
Novembar, 2006.
Tijana Prodanović Univerzitet u Beogradu, 21. 11. 2006.
2
Sadržaj Sadržaj Kosmičko zračenje: uvod Interakcije hadronskog kosmičkog zračenja: gama zračenje i litijum Problem litijuma-7: WMAP
BBN teorijaBBN teorija > > posmatranjaposmatranja Problem litijuma-6: nova merenja
Teorija kosmičkih zrakaTeorija kosmičkih zraka < < posmatranjaposmatranja Problem gama zračenja: nova merenja
TeV TeV višak?višak? Zaključak
Tijana Prodanović Univerzitet u Beogradu, 21. 11. 2006.
3
Kosmičko zračenje (CR)Kosmičko zračenje (CR) Visokoenergetske naelektrisane
čestice Ubrzane u astrofizičkim šokovima
ako je prisutno bar malo magnetno polje (CR spektar, jak šok: Flux~E-2 )
Bilo koji izvor šoka je kandidat! (Blandford & Eichler 1987)
Supernova ostatci (SNR) galaktičko kosmičko zračenje (GCR) Šokovi formacije struktura kosmičko zračenje
formacije struktura (Inoue, Kang, Miniati)
VLA , Tycho SNR Reynolds & Chevalier
Tijana Prodanović Univerzitet u Beogradu, 21. 11. 2006.
4
Interakcijske observable Interakcijske observable hadronskoghadronskog kosmičkog zračenja kosmičkog zračenja
...Li 7,6cr
LiBeBCNO, crcr p
0cr pppp
Gama zračenje
Litijum, Berilijum & Bor
Tijana Prodanović Univerzitet u Beogradu, 21. 11. 2006.
5
Li-Li- konekcijakonekcija Bilo koji izvor kosmičkog zračenja proizvodi i gama
zračenje i litijum
Povezani su u suštini preko odnosa brzina njihovih reakcija (Fields and Prodanović 2005)
Obilnost Li (abundance): lolokkalalnini CR fluks (fluence) Difuzno ekstragalaktičko : CR fluks (fluence) kroz kroz
svemir svemir Zadato jedno, ograničava drugo
0 pppp ismcr
...Li7,6 ismcr
crism yy ,,
1Li
Tijana Prodanović Univerzitet u Beogradu, 21. 11. 2006.
6
Problemi LitijumaProblemi Litijuma 7Li poreklo: BBN + kosmičko zračenje Ali 6Li se proizvodi isključivo putem kosmičkog zračenja kroz
fuzione i spalacione reakcije. Litijum meren u zvezdama haloa (stare, malo ‘metala’) Plato i plato? Asplund et al. (2006)
NeočekivanoNeočekivano
metaličnost Sunce danas
Primordialan Li: teorija
time
Li6 LiCNO, 6p
Očekivano ali neusaglašenoOčekivano ali neusaglašeno
Tijana Prodanović Univerzitet u Beogradu, 21. 11. 2006.
7
““Litijumski problem”Litijumski problem” 7Li potiče dominantno iz Big Beng
nukleosinteze (Cyburt, Fields, Schramm)
Halo zvezde niske metaličnosti: 7Li plato (Spite & Spite 1982) → ukazuje na primordijalni litijum
Ali WMAP (2003) rezultat: primordialni Li~ 2-3 puta više nego mereno u halo zvezdama
Litijumski problem Bilo koji pre-Galaktički izvor litijuma bi
bio prisutan u halo zvezdama i time pogoršao već postojeći problem!
GCR Li: niska kontaminacija (ograničeno putem BeB)
Ali tu su i kosmološki kosmički zraci… Cyburt 2005 (private communication)
4He
D3He
7Li
Tijana Prodanović Univerzitet u Beogradu, 21. 11. 2006.
8
Kosmički zraci formacije strukturaKosmički zraci formacije struktura Šokovi formacije struktura - kosmološki
šokovi koji nastaju zbog ulivanja barionske materije i procesa sjedinjavanja tokom porasta struktura velikih razmera (Miniati)
Mehanizam difuznog ubrzavanja u šokovima
formacija struktura / kosmološko kosmičko zračenje
Merenja X zračenja u galaktičkim jatima: ne-termalni višak ( na pr. Fusco-Femiano et al. 2004)
Veliki rezervoar energije i ne-termalnog pritiska
Miniati et al. 2000
Tijana Prodanović Univerzitet u Beogradu, 21. 11. 2006.
9
Litijum i kosmičko zračenje iz Litijum i kosmičko zračenje iz formacije strukturaformacije struktura Eksploatišemo Li-gama konekciju Iz posmatranja ekstragalaktičkog pozadinskog gama
zračenja procenjujemo maksimalan pionski doprinos, dodeljujemo ga kosmičkim zracima formacije struktura → procenjujemo LiSFCR proizvodnju
(u zavisnosti od pretpostavljenog redshift-a) Kosmički zraci formacije struktura mogu biti bitan izvor
pre-Galaksijskog litijuma! Moramo bolje ograničiti doprinos kosmičkog zračenja
formacije struktura
0.43.0LiLi
,
BBNp
SFCR
Tijana Prodanović Univerzitet u Beogradu, 21. 11. 2006.
10
Potraga za SFCR u oblacima velikih brzina(“High velocity clouds”)
Oblaci gas koji padaju na našu Galaksiju (Wakker & van Woerden 1997)
Neki od ovih oblaka imaju vrlo malo ili uopšte nemaju prašinePoreklo:
Galactic fountain model (Shapiro & Field 1976)
Ekstragalaktičko Objekti Magellanic Stream tipa ili Gas koji je preostao posle formiranja Galaksije (Oort, Blitz , Braun)
Neki od ovih oblaka imaju metaličnost svega 10% od sunčeve
HVCs male metaličnosti sa malo prašine obećavaju kao bitne lokacije za testiranje pre-Galaksijskog litijuma i kosmičkog zračenja formacije struktura (Prodanović and Fields 2004b)
Tijana Prodanović Univerzitet u Beogradu, 21. 11. 2006.
11
SadržajSadržaj Interakcije hadronskog kosmičkog zračenja: gama zračenje i litijum Problem litijuma-7
SFCRs SFCRs ga pogoršavajuga pogoršavaju HVCs: HVCs: novi pristupnovi pristup
Problem litijuma-6 Predviđanja iz kosmičkih zrakaPredviđanja iz kosmičkih zraka < < posmatranjaposmatranja
Problem gama zračenja TeV TeV višak?višak?
Zaključak
Tijana Prodanović Univerzitet u Beogradu, 21. 11. 2006.
12
Problemi LitijumaProblemi Litijuma 7Li poreklo: BBN + kosmičko zračenje Ali 6Li se proizvodi isključivo putem kosmičkog zračenja kroz
fuzione i spalacione reakcije. Litijum meren u zvezdama haloa (stare, malo ‘metala’) Plato i plato? Asplund et al. (2006)
NeočekivanoNeočekivano
metaličnost Sunce danas
Primordialan Li: teorija
time
Li6 LiCNO, 6p
Očekivano ali neusaglašeno
Tijana Prodanović Univerzitet u Beogradu, 21. 11. 2006.
13
Koliko dobro razumemoKoliko dobro razumemo 66Li?Li? Uobičajena pretpostavka: 6LiSolar nastao od GCR Ali nedavna posmatranja ukazuju na 6LiSolar plato? Skorije teorije: 6Li poreklo od raspada tamne
materije
Primeniti Li-gama vezu radi testiranja standardne teorije porekla 6Li iz nukleosinteze putem galaktičkog kosmičkog zračenja.
Asplund et al.(2006)
Tijana Prodanović Univerzitet u Beogradu, 21. 11. 2006.
14
Galaktičko kosmičko zračenje iGalaktičko kosmičko zračenje i 66LiLi : : Prva procena (aproksimacije)
Li-gama veza: 6LiSolar zahteva
→
ali ukupno izmereno pozadinsko ekstragalaktično gama zračenje iznosi (Strong et al. 2004)
Detaljan model66LiLiGCRGCR ~ 0.45 ~ 0.45 66LiLitottot !!!!!!
112 srscm
5, 1022.3)GeV1.0( I
51011.1)GeV1.0( I
112 srscm
Tijana Prodanović Univerzitet u Beogradu, 21. 11. 2006.
15
PosledicePosledice Svega ~ 50% solarnog 6Li može biti
objašnjeno pomoću galaktičkog kosmičkog zračenja bez da se proizvede previše gama zračenja.
Neophodan bitan novi izvor 6Li Skorija merenja u halo zvezdama: 6Li plato? Ali na
nivou 10% od solarnog (Asplund et al. 2006)
GCR fluks u Mlečnom putu veći nego kosmička srednja vrednost?
Niskoenergetska komponenta kosmičkog zračenja? Energetska i LiBeB ograničenja.
Tijana Prodanović Univerzitet u Beogradu, 21. 11. 2006.
16
SadržajSadržaj Interakcije hadronskog kosmičkog zračenja: gama zračenje i litijum Problem litijuma-7
SFCRs SFCRs ga pogoršavajuga pogoršavaju HVCs: HVCs: novi pristupnovi pristup
Problem litijuma-6 Galaktički kosmički zraci doprinose svega ~50% Galaktički kosmički zraci doprinose svega ~50%
solarnog litijuma-6solarnog litijuma-6 Problem gama zračenja
TeV TeV višak?višak? Zaključak
Tijana Prodanović Univerzitet u Beogradu, 21. 11. 2006.
17
PionskoPionsko gama zračenja gama zračenja
“Pionski” gama zraci
Specifičan spektar – pionsko “ispupčenje” (pion ‘bump’); max na mπ/2 (Stecker 1971; Dermer 1986)
OOčekujemo da dominiračekujemo da dominira ali ali nnema jakih dokaza u ema jakih dokaza u spektrima za ovo pionsko ispupčenjespektrima za ovo pionsko ispupčenje
Koristiti oblik spektra (Pfrommer & Enßlin 2003) da se nađe max “pionski” udeo (Prodanović & Fields 2004)
0 pppp ismcr
Tijana Prodanović Univerzitet u Beogradu, 21. 11. 2006.
18
GaGalaktičkolaktičko “ “ppiionskoonsko” ” gama zračenjegama zračenje EGRET: GeV domen Naći max “pionski” fluks
tako da “pion bump” ostaje ispod merenog galaktičkog spektra
Galaktički CRs: Max “pionski” udeo
Ali primetimo ostatak!
2.75GCRp E
GeV višak=Tamna materija??
Prodanović and Fields (2004a)
Brems/ICStrong et al. (2004)
%50obs/)(
Tijana Prodanović Univerzitet u Beogradu, 21. 11. 2006.
19
Pionsko gama zračenjePionsko gama zračenje: : Novi pristupNovi pristup
Moguć DM signal bi bio odsečen oko ~ 100 GeV Iako inverzna Komptonovska komponenta
postoji na niskoenergetkom kraju, ona je odsečena oko ~ TeV
U TeV režimu pionsko gama zračenje dominira Potrebno merenje difuznog gama zračenja u
galaktičkoj ravni u TeV režimu
Tijana Prodanović Univerzitet u Beogradu, 21. 11. 2006.
20
TeVTeV merenje difuznog galaktičkog gama merenje difuznog galaktičkog gama zračenjazračenja
75.2GCR )( EE
Prodanović, Fields & Beacom (2006)
61.2GCR )( EE
Milagro vodeni Čerenkovljev detektor
Milagro vodeni Čerenkovljev detektor
Pionski gama zraci dominiraju? Neuobičajen spektralni indeks
Milagro: pionsko zaista dominira Mereni spektralni indeks
Milagro: pionsko svega ~20% ! “TeV višak”?
Još jedna komponenta? Tamna materija? Tačkasti izvori?
Tijana Prodanović Univerzitet u Beogradu, 21. 11. 2006.
21
Tačkasti izvori u Milagro regionuTačkasti izvori u Milagro regionu
• Identifikovali smo 10 EGRET-ovih izvora u Milagrovom regionu• Ukupan fluks ovih 10 izvora ekstrapoliran do TeV energija je bar jedan red veličine višlji od Milagro rezultata
• 4 od ovih izvora posmatranih u TeV pokazuju značajna odstupanja od ekstrapolacije• Ovo ukazuje na prekid/prelom u spektru tačkastih (uglavnom supernove) izvora ! • Posledice za ubrzavanje kosmičkih zraka: max enegrija ubrzanja• Treba više merenja!
Prodanović, Fields & Beacom (2006)
Tijana Prodanović Univerzitet u Beogradu, 21. 11. 2006.
22
SadržajSadržaj Interakcije hadronskog kosmičkog zračenja: gama zračenje i litijum Problem litijuma-7
SFCRs SFCRs ga pogoršavajuga pogoršavaju HVCs: HVCs: novi pristupnovi pristup
Problem litijuma-6 Galaktički kosmički zraci doprinose svega ~50% Galaktički kosmički zraci doprinose svega ~50%
solarnog litijuma-6solarnog litijuma-6 Problem gama zračenja
TeV TeV višakvišak Prekid/prelom u spektru tačkastih izvoraPrekid/prelom u spektru tačkastih izvora
Zaključak
Tijana Prodanović Univerzitet u Beogradu, 21. 11. 2006.
23
Uskoro nova merenjaUskoro nova merenja!! GLAST:
Pogled kroz “neotvoren prozor” (do 300 GeV) Bolje određivanje ekstragalaktičkog pozadinskog zračenja Pionska karakteristika?
Čerenkovljevi eksperimenti: TeV domen H.E.S.S.
Južna hemisfera Posmatranja od 2004
VERITAS Severna hemisfera Uskoro!
H.E.S.S. Collaboration Science 309 (2005) 746
Tijana Prodanović Univerzitet u Beogradu, 21. 11. 2006.
24
ZaključakZaključak Pionsko gama zračenje i Li-gama veza se pokazuju kao bitan test
interakcije kosmičkog zračenja Kosmički zraci formacije struktura (SFCRs)mogu biti bitan izvor pre-
galaksijskog 7Li; problem primordijalnog Li još gori Oblaci velikih brzina (HVCs) dozvoljavaju nezavisno testiranje
primordijalnog Li i moguće izloženosti na SFCRs Nukleosinteza putem galaktičkih kosmičkih zraka (GCR) može da
objasni svega ~ 50% ukupnog 6Li novi Li problem Difuzno TeV Galaktično gama zračenje otkriva
Potencijalan TeV višak Prekid u spektru tačkastih izvora (u glavnom supernova remnanti)
Otkrili smo više problema nego rešenja Uskoro nova i bolja merenja!
Tijana Prodanović Univerzitet u Beogradu, 21. 11. 2006.
25
KrajKraj