Gama paprsek s velmi vysokou energií - Very-high-energy gamma ray - Wikipedia

The MAGIC dalekohled se používá k detekci velmi vysokoenergetických gama paprsků

Gama paprsek s velmi vysokou energií (VHEGR) označuje gama záření s fotonové energie 100 GeV (gigaelectronvolt ) na 100 TeV (teraelectronvolt), tj. 1011 do 1014 elektronvolty.[1] To se přibližně rovná vlnové délky mezi 10−17 a 10−20 metry nebo frekvence 2 × 1025 na 2 × 1028 Hz. Takové energetické hladiny byly detekovány z emisí z astronomických zdrojů, jako jsou některé binární hvězda systémy obsahující a kompaktní objekt.[1] Například záření vyzařované z Cygnus X-3 byla měřena v rozmezí od GeV do exaelektronvolt -úrovně.[1] Mezi další astronomické zdroje patří BL Lacertae,[2] 3C 66A[3] Markarian 421 a Markarian 501.[4] Existují různé další zdroje, které nejsou spojeny se známými orgány. Například H.E.S.S. katalog obsahoval v listopadu 2011 64 zdrojů.[5]

Detekce

Přístroje k detekci tohoto záření běžně měří Čerenkovovo záření produkovaný sekundárními částicemi generovanými z energetického fotonu vstupujícího do zemské atmosféry.[3] Tato metoda se nazývá zobrazovací atmosférická Čerenkovova technika nebo JEDNÁM. Vysokoenergetický foton produkuje světelný kužel omezený na 1 ° původního směru fotonu. Asi 10 000 m2 zemského povrchu je osvětlen každým světelným kuželem. Tok 10−7 fotony na metr čtvereční za sekundu lze detekovat současnou technologií za předpokladu, že energie je vyšší než 0,1 TeV.[3] Mezi nástroje patří plánované Pole dalekohledu Čerenkov, GT-48 na Krymu, KOUZLO na La Palma, Vysokoenergetický stereoskopický systém (HESS) v Namibii[6] VERITAS[7] a Sprchové pole Chicago Air který se uzavřel v roce 2001. Kosmické paprsky také produkují podobné záblesky světla, ale lze je rozlišit podle tvaru světelného záblesku. Rovněž mít více než jeden dalekohled současně pozorujících stejné místo může pomoci vyloučit kosmické paprsky.[8] Rozsáhlé vzduchové sprchy částic lze detekovat pro gama paprsky nad 100 TeV. K detekci těchto částic mohou být použity scintilační detektory vody nebo hustá pole detektorů částic.[8]

Vzduchové sprchy elementárních částic vytvářených gama paprsky lze také odlišit od těch, které produkují kosmické paprsky, díky mnohem větší hloubce sprchy a mnohem menšímu množství miony.[7]

Gama paprsky s velmi vysokou energií jsou příliš nízkou energií na to, aby se ukázalo Landau – Pomeranchuk – Migdalův efekt. Pouze magnetické pole kolmé na dráhu fotonu způsobuje produkci párů, takže fotony přicházející paralelně s liniemi geomagnetického pole mohou přežít neporušené, dokud se nedostanou do atmosféry. Tyto fotony, které procházejí magnetickým oknem, mohou vytvořit sprchu Landau – Pomeranchuk – Migdal.[9]

Třídaenergieenergieenergiefrekvencevlnová délkasrovnánívlastnosti
eVeVJoulyHertzmetrů
110.1602 aj241,8 THz1,2398 μmblízko infračerveného fotonupro srovnání
100 GeV1 × 10110,01602 μJ2.42 × 1025 Hz1.2 × 10−17 mZ boson
Gama paprsky s velmi vysokou energií
1 TeV1 × 10120,1602 μJ2.42 × 1026 Hz1.2 × 10−18 mlétající komárprodukuje Čerenkovovo světlo
10 TeV1 × 10131,602 μJ2.42 × 1027 Hz1.2 × 10−19 mvzduchová sprcha dosáhne země
100 TeV1 × 10140,01602 mJ2.42 × 1028 Hz1.2 × 10−20 mping pong míček padající z netopýrazpůsobuje fluorescenci dusíku
Gama paprsky s ultra vysokou energií
1 PeV1 × 10150,1602 mJ2.42 × 1029 Hz1.2 × 10−21 m
10 PeV1 × 10161,602 mJ2.42 × 1030 Hz1.2 × 10−22 mpotenciální energie golfového míčku na odpališti
100 PeV1 × 10170,01602 J2.42 × 1031 Hz1.2 × 10−23 mproniknout geomagnetickým polem
1 EeV1 × 10180,1602 J2.42 × 1032 Hz1.2 × 10−24 m
10 EeV1 × 10191,602 J.2.42 × 1033 Hz1.2 × 10−25 mstřela ze vzduchovky

Důležitost

Gama paprsky s velmi vysokou energií jsou důležité, protože mohou odhalit jejich zdroj kosmické paprsky. Cestují v přímém směru (v časoprostoru) od zdroje k pozorovateli. To je na rozdíl od kosmických paprsků, jejichž směr jízdy je zakódován magnetickými poli. Zdroje, které produkují kosmické paprsky, téměř jistě produkují také gama paprsky, protože částice kosmického záření interagují s jádry nebo elektrony za vzniku fotonů nebo neutrálních piony které se zase rozpadají na ultra-vysokoenergetické fotony.[8]

Poměr primárního kosmického záření hadrony záření gama také poskytuje vodítko o původu kosmických paprsků. Ačkoli gama paprsky mohly být produkovány v blízkosti zdroje kosmických paprsků, mohly by být také produkovány interakcemi s kosmické mikrovlnné pozadí prostřednictvím Limit Greisen – Zatsepin – Kuzmin mezní hodnota nad 50 EeV.[9]

Reference

  1. ^ A b C Ikhsanov, N. R. (říjen 1991), „Zrychlení částic a hlavní parametry binárních souborů gama záření s velmi vysokou energií“, Astrofyzika a vesmírná věda, 184 (2): 297–311, Bibcode:1991Ap & SS.184..297I, doi:10.1007 / BF00642978, ISSN  0004-640X
  2. ^ Neshpor, Yu I .; N. N. Chalenko; A. A. Stepanian; O. R. Kalekin; N. A. Jogolev; V. P. Fomin; V. G. Shitov (2001). „BL Lac: Nový zdroj gama záření s ultra vysokou energií“. Zprávy o astronomii. 45 (4): 249–254. arXiv:astro-ph / 0111448. Bibcode:2001ARep ... 45..249N. doi:10.1134/1.1361316.
  3. ^ A b C Neshpor, Yu I .; A. A. Stepanyan; O. P. Kalekin; V. P. Fomin; N. N. Chalenko; V. G. Shitov (březen 1998). „Blazar 3C 66A: Další extragalaktický zdroj fotonů gama záření s ultra vysokou energií“. Dopisy o astronomii. 24 (2): 134–138. Bibcode:1998AstL ... 24..134N.
  4. ^ „Astrofyzika s H.E.S.S.“ Citováno 26. listopadu 2011.
  5. ^ „Zdrojový katalog H.E.S.S.“. H.E.S.S. Spolupráce. 2011. Citováno 26. listopadu 2011.
  6. ^ „Vysokoenergetický stereoskopický systém“. Citováno 26. listopadu 2011.
  7. ^ A b Dar, Arnon (4. června 2009). "Vysokoenergetické jevy ve vesmíru". s. 3–4. arXiv:0906.0973v1 [astro-ph.HE ].
  8. ^ A b C Aharonian, Felix (24. srpna 2010). „Fascinující TeV Sky“ (PDF). WSPC - řízení. Citováno 27. listopadu 2011.
  9. ^ A b Vankov, H. P .; Inoue2, N .; Shinozaki, K. (2. února 2008). „Gama paprsky s velmi vysokou energií v geomagnetickém poli a atmosféře“ (PDF). Citováno 3. prosince 2011.