A gamma-kitörések rejtélyei Bagoly Zsolt ELTE TTK Komplex Rendszerek Fizikája Tanszék 2012.04.26. Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 1 / 45
Áttekintés 1 Bevezető 2 Tulajdonságok Fénygörbék Energia Műholdak Detektorok Utófények 3 Modellek Nyalábok Energiaforrások 4 HEART Csoportok Anizotrópia 5 QG, földi hatások Lorentz invariancia Földi hatások Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 2 / 45
Bevezető Felfedezés 1972 (publikálás): Vela műholdak - Nemzetközi atomcsend egyezmény Tulajdonságok rövid (10ms - 100s) gamma felvillanás az égen maximális összenergia kb. 10 5 kev/cm 2 egyedi fénygörbék előfutár, csendes szakaszok Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 3 / 45
Fénygörbék Tulajdonságok Fénygörbék Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 4 / 45
Fénygörbék II. Tulajdonságok Fénygörbék 11500 11000 10500 10000 600 500 400 Counts 9500 9000 300 8500 8000 7500 200 100 d3 11-26 kev d3 300-540 kev d1 11-26 kev 7000-1000 -800-600 -400-200 0 200 400 600 800 1000 Time [s] 0-1000 -800-600 -400-200 0 200 400 600 800 1000 Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 5 / 45
Tulajdonságok Energia Energiaeloszlás Azonnali jel 65% gamma (kev-mev) 10% gamma (GeV) 7% röntgen többi < 1% Utófény 7% gamma (kev-mev) 9% röntgen optikai 2% rádió 0.05% E 10 54 (Ω/4π)erg M Nap c 2! Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 6 / 45
Tulajdonságok Műholdak Műholdak Légkörön kívüli detektorok: VELA, SMM, Ginga, BATSE, Ulysses, BeppoSAX, Integral, Swift, Fermi... Gamma (részecske) detektorok (NaI, CsI): kell a nagy tömeg! International Planetary Network: pontos irány háromszögeléssel Magaslégköri ballonok Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 7 / 45
Tulajdonságok BATSE BATSE (1991-2000) A Compton Observatory fedélzetén 2704 GRB > fokos felbontás közel izotróp eloszlás extragalaktikus eredet 2-3 GRB csoport nincs ismétlés 1 GRB/nap az egész Univerzumban Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 8 / 45
Tulajdonságok BeppoSAX (1996-2003) BeppoSAX Olasz-holland műhold távcső pontos pozíció első optikai utófény első vöröseltolódás Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 9 / 45
BeppoSAX utófények Tulajdonságok BeppoSAX (1996-2003) Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 10 / 45
GRB vöröseltolódások Tulajdonságok BeppoSAX (1996-2003) Ma a legtávolabbi esetén z max = 8.26! Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 11 / 45
Tulajdonságok Swift Swift (2004-) Penn State University - NASA kódolt maszkos távcső 16%-át látja a teljes égboltnak automatikusan ráfordul a forrásra BAT, XRT, UVOT kb. 100 GRB/év Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 12 / 45
Kódolt maszk Tulajdonságok Swift Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 13 / 45
A GRBk osztályozása Tulajdonságok Swift Osztályozási paraméterek Hosszúság: T 90 az 5% és 95% közötti integrált beütésszám között eltelt idő (T 50 is lehet). S Emin,E max összenergia (fluencia) pl. a Swift esetén a 15 25 50 100 150 kev közötti sávokban H ij : keménység (hardness): összenergiák aránya a sávok között, pl. H 32 = S 50 100keV S 25 50keV Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 14 / 45
Csoportosítás Tulajdonságok Swift Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 15 / 45
Tulajdonságok Fermi (GLAST)-Fermi (2008-) kb. 250 GRB/év 10keV - GeV tartomány! GBM: NaI, BGO detektorok LAT: 10 MeV felett automatikusan forgás: ráfordul a forrásra + teljes égletapogatás 3 óránként Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 16 / 45
Fermi detektorok Tulajdonságok Detektorok Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 17 / 45
Fermi GeV-es égbolt Tulajdonságok Detektorok Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 18 / 45
Spektrum Tulajdonságok Detektorok Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 19 / 45
Utófények Tulajdonságok Utófények Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 20 / 45
Tulajdonságok Utófények Gamma, röntgen és optikai utófény Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 21 / 45
Tulajdonságok Utófények Szabad szemmel is látható utófény Robottávcsövekkel néhány (tíz) másodpercen belül látják az utófényt! Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 22 / 45
Tulajdonságok Első piszkéstetői utófény Utófények GRB optikai tranziens megfigyelés (Kelemen, 1997), 1997. május 15.994 UT és 1997. június 01.001 UT idõpontban. Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 23 / 45
Tulajdonságok Hosszú kitörések utófénye Utófények Irreguláris galaxisok Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 24 / 45
Tulajdonságok Rövid kitörések utófénye Utófények Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 25 / 45
Tulajdonságok Utófények GRB pozíciók az anyagalaxisokban Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 26 / 45
Rádió utófény Tulajdonságok Utófények Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 27 / 45
Modellek Modellek tűzgolyó modell külső és belső lökéshullám, mágneses térrel extra relativisztikus (99.999c), barionszegény nyaláb m1 Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 28 / 45
Nyalábok Modellek Nyalábok Extrém relativisztikus effektusok: csak egy gyűrű látszik! Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 29 / 45
Utófény letörése Modellek Nyalábok Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 30 / 45
Utófény letörése Modellek Nyalábok Optikai utófény akromatikus letörése nyaláb mérete Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 31 / 45
Energiaforrások Modellek Energiaforrások Hosszú kitörések: kollapszár modell. Nagytömegű Wolf-Rayet csillag összeomlása a kitörés forrása. Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 32 / 45
Kollapszár modell Modellek Energiaforrások Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 33 / 45
Kollapszár modell Modellek Energiaforrások Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 34 / 45
Kollapszár modell Modellek Energiaforrások Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 35 / 45
Modellek Energiaforrások Rövid kitörések modellei Geometriai és/vagy egyéb kiválasztási effektusok, esetleg más motor. Összeolvadó neutroncsillagok: ilyenek biztosan léteznek (kettős pulzárok), DE: eddig nem találtak kapcsolódó gravitációs hullámot! Magnetárok, üstökösök... m3 Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 36 / 45
Modellek Energiaforrások Lágygamma ismétlők Galaktikus eredet : 7+4(?) darab ismétlődés intenzív, rövid kitörés periódikus lecsengés kapcsolat a magnetárokkal Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 37 / 45
SGR1900+14 kitörése Modellek Energiaforrások Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 38 / 45
HEART HEART - High Energy Astronomy Research Team Bagoly Zsolt, Kóbori József, Szécsi Dorottya, ELTE KRFT Balázs G. Lajos, Kelemen, János, MTA CSKF KTM CSKI Horváth István, NKE HHK Mészáros Attila, Károly Egyetem Mészáros Péter, Veres Péter, Penn State University Tusnády Gábor, MTA Rényi Intézet OTKA K077795, OTKA/NKTH A08-77719 + A08-77815 Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 39 / 45
HEART Csoportok Csoportok BATSE első adatok, homogén megfigyelés: hosszú (T 90 > 10s ) és rövid ( T 90 < 2s ) csoport jól szétválik. BATSE > 6 évnyi adat + más műholdak (BeppoSAX, Swift): 3. közepes csoport statisztikailag elkülöníthető, de erősen átfed a hosszú csoporttal. más forrástípus nincs, ill. részaránya csak minimális (1% alatti) Közepes csoport 2s > T 90 > 10s, de nincs éles határ! lágyabbak a hosszú csoportnál kapcsolatban állhatnak a röntgen felvillanásokkal (BepppSAX, HETE II.) vöröseltolódásuk hasonlít a hosszú csoportéhoz Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 40 / 45
HEART Csoportok Csoportosítási kérdések más motor/nyaláb a közepes-rövid esetekben? csak a fizikai paraméterek mások? kiválasztási effektusok? Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 41 / 45
HEART Anizotrópia Anizotrópia Kiváló eszköz az Univerzum feltérképezésére! BATSE 10 évnyi koherens adatbázis egyszerű trigger viszonylag kevés pont, több algoritmus hosszúak: nem látható anizotrópia közepesek és rövidek: nem véletlenszerű az eloszlásuk Mai eszközök: expozíciós problémák, kevés esemény. m4 Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 42 / 45
QG, földi hatások Lorentz invariancia A kvantumgravitáció tesztje Lorentz invariancia: c nem függ a fotonenergiától! Mi van, ha mégis rücskös a világ kis skálán? GRB080916C z = 4.35 FERMI LAT: 13.2 GeV-es foton! A E > 100 MeV fotonok kb. 5 s-ot késtek a E < 1 MeV fotonokhoz képest Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 43 / 45
QG, földi hatások Lorentz invariancia A kvantumgravitáció tesztje II. GRB080916C FERMI LAT az E > 100 MeV fotonok kb. 5 s-ot késtek az E < 1 MeV fotonokhoz képest M QG > 1.3x10 18 GeV/c 2, kb. 10% M Planck Más magyarázatok (pl. emissziós mechanizmus): tesztelhetők, ha sok eseményünk van (lessz)! Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 44 / 45
QG, földi hatások Földi hatások Gamma-kitörések és a földi élet Extragalaktikus kitörések: ionoszféra zavarok! Galaxison belül millió évente egy esemény néhány száz millió évente láthatjuk a nyalábot NO 2 keletkezik a légkörben, az ózónpajzs megsemmisül 100 m tengermélységig kihalási hullám ordovíciumi kihalás? m5 Bagoly Zsolt (ELTE KRFT) A gamma-kitörések rejtélyei Az atomoktól a csillagokig 45 / 45