Физика космических лучей / CRb_Part1
.pdf
Гамма-диапазон
• |
|
Fermi |
|
Наиболее известные космические телескопы |
|||
|
• |
Гамма/Гамма-1 – СССР, Франция (1990 – 1992) |
|
|
• |
CGRO/EGRET – Compton Gamma Ray Observatory |
|
|
|
США (1991 – 2000) |
|
|
• AGILE – Италия (2007 – н.в.) |
|
|
|
• |
FERMI – США (2008 – н.в.) |
|
• Процессы, в которых образуется гамма-излучение, могут существенно отличаться от тех, что ведут к возникновению рентгеновских квантов.
• Гамма-кванты несут информацию о процессах, происходящих внутри атомных ядер и о превращениях элементарных частиц, т.е. о самых активных процессах.
Огромные образования размером до 50 тысяч световых лет, расположенные над и под центром Галактики.
Точная природа этих структур пока не известна, предполагается, что они возникли благодаря активности сверхмассивной чёрной дыры, находящейся в центре Галактики.
21
|
Объекты |
Области спектра |
|
|
Источники излучения и их спектры |
|
|
|
Звезды типа Солнца |
Видимая |
|
|
Холодные звезды |
Ближняя инфракрасная |
|
|
Горячие звезды |
Ультрафилетовая |
|
|
Протозвезды |
Инфракрасная |
|
|
Планеты |
Видимая (отраженный свет), инфракрасная |
|
|
(собственное излучение) |
|
|
|
Нейтронные звезды, не являющиеся пульсарами |
Рентгеновская |
|
|
Радиопульсары |
Радио |
|
|
Рентгеновские пульсары |
Рентгеновская |
|
|
Аккреционные диски вокруг нейтронных звезд и |
Рентгеновская, гамма |
|
|
черных дыр |
|
|
|
Холодный межзвездный газ |
Радио (отдельные линии) |
|
|
Области ионизованного водорода |
Ультрафиолетовая, видимая, инфракрасная |
|
|
(отдельные спектральные линии) |
|
|
|
Корональный межзвездный газ (межгалактический |
Рентгеновская |
|
|
газ) |
|
|
|
Межзвездная пыль |
Далекая инфракрасная (собственное излучение), |
|
|
видимая (отражательные туманности) |
|
|
|
Остатки сверхновых звезд |
Радио, видимая |
|
|
Млечный Путь, галактики |
Видимая, далекая инфракрасная |
|
|
Активные ядра галактик |
Видимая, далекая инфракрасная |
|
|
Радиогалактики |
Радио, видимая |
|
|
Вспыхивающие гамма-источники |
Гамма |
22 |
|
Далёкие (ранние) галактики |
Инфракрасная |
|
Фоновое ЭМИ
Чёрные точки – наблюдения. |
Толщина линии соответствует ошибке наблюдений |
Синие и красные точки – нижний и верхний |
|
пределы. |
|
Серая линия – теория. |
|
23
Спектр электромагнитного излучения Солнца
24
Гравитационно-волновая астрономия
Гравитационные волны — распространяющиеся подобно волнам |
|
изменения гравитационного поля (возмущение метрики |
|
пространства-времени), которые порождаются движением |
|
массивных тел с переменным ускорением. Проявлением этого |
|
возмущения должно быть, в частности, периодическое |
|
изменение расстояния между двумя свободно движущимися |
|
пробными массами. |
|
Наиболее сильными источниками гравитационных волн |
|
являются процессы столкновения галактик и коллапса тесных |
|
двойных систем компактных объектов - черных дыр, |
|
нейтронных звезд и белых карликов. |
|
В теории, Вселенная должна быть заполнена реликтовыми |
|
гравитационными волнами, образовавшимися в результате |
|
космологической инфляции. Таким образом, они несут |
|
информацию о самом раннем этапе жизни Вселенной. Однако в |
|
настоящее время их длина волны должна составлять миллиарды |
25 |
световых лет, что делает их прямую регистрацию невозможной. |
Гравитационные антенны
Изолированная от внешнего мира массивная металлическая болванка, охлаждённая до низкой температуры. Размеры детектора при падении на него гравитационной волны изменяются, и если частота волны совпадает с резонансной частотой антенны, амплитуда колебаний антенны может стать настолько большой, что колебания можно детектировать.
Из действующих в настоящее время детекторов по такому принципу работает сферическая антенна MiniGRAIL (Лейденский университет,
Голландия), а также антенны ALLEGRO, AURIGA, EXPLORER и NAUTILUS.
26
Лазерные интерферометры
Основной элемент каждой обсерватории — |
|
система, состоящая из двух плеч с высоким |
|
вакуумом внутри. Внутри такой системы |
|
устанавливается модифицированный лазерный |
|
интерферометр Майкельсона, в каждом из плеч |
|
которого благодаря дополнительным зеркалам из |
|
кварцевого стекла образуются резонаторы Фабри- |
|
Перо. Эти зеркала на особом подвесе являются |
|
пробными массами, расстояние между которыми |
|
меняет пришедшая гравитационная волна. Она |
|
удлиняет одно плечо и одновременно укорачивает |
|
второе. |
|
В настоящее время гравитационные телескопы |
|
такого типа работают или находятся в стадии |
|
возведения в рамках американо-австралийского |
|
проекта LIGO (наиболее чувствительный), немецко- |
|
английского GEO600, франко-итальянского VIRGO и |
27 |
японского KAGRA (LCGT): |
Гравитационные волны и пульсары
1974 – Нобелевская премия за открытие пульсаров
1993 год – Нобелевская премия за открытие тесных двойных систем с пульсаром. Наблюдалось сближение объектов системы и ускорение их орбитального вращения, обусловленное потерей энергии в соответствии с предсказаниями ОТО. Косвенное подтверждение существования гравитационных волн
2017 год – Нобелевская премия за прямое подтверждение существования гравитационных волн, образующихся в результате коллапса тесной двойной системы
? год – Нобелевская премия за обнаружение гравитационных волн от других источников путем высокоточного тайминга удалённых пульсаров
28
Реликтовые гравитационные волны и реликтовый микроволновый фон
В поляризации реликтового излучения выделяются E-мода, которая может появляться при прохождении излучения через неоднородную плазму вследствие томпсоновского рассеяния, и B-мода, которая не может возникать вследствие взаимодействия с плазмой, но возникает в результате взаимодействия с (реликтовыми) гравитационными волнами. Ограничения на величину B-моды поставлены телескопом Plank, а ее поиску посвящена серия экспериментов BICEP в Антарктиде.
?? и ??? годы – две Нобелевские премии за обнаружение реликтовых гравитационных волн и подтверждение теории космологической инфляции
29
Нейтринная астрономия
Нейтрино участвуют только в гравитационном и слабом ядерном взаимодействиях и потому свободно проходят через вещество. Их траектория не искажается магнитным полем, а скорость практически равна скорости света. Нейтрино разных энергий рождаются в огромном количестве в самых различных процессах во Вселенной: миллиарды таких частиц проходят через тело человека каждую секунду, однако в среднем только одна взаимодействует с ним за всю его жизнь.
В настоящее время известны три типа нейтрино - электронное, мюонное и тау-нейтрино – а также их античастицы. Нейтрино колеблются между этими тремя типами в результате явления, известного как нейтринные осцилляции
30