På stjernekig med Superman

Præsentationer af emnet: "På stjernekig med Superman"— Præsentationens transcript:

1 På stjernekig med Superman

2 Højenergi-astrofysik
Kristian Pedersen Astronomisk Observatorium

3 X- og gamma-astrofysik
Hvad er højenergi-astrofysik? Hvad kan X- og gamma-astrofysik lære os om Universet? Hvordan bygger man en X- og en gamma-”kikkert”? Hvad kan man se på X- og gamma-himlen? X- og gamma-astrofysik i Danmark

4 Astrofysikere bruger hele spektret
Temp. i grader Mikrobølger Varmestråling Solens overflade Varm gas MEGET varm gas mio. Kerneprocesser mia. Astrofysikere bruger hele spektret

5 Ex.: Krabbetågen ”Tåge” opdaget i optisk Pulsar opdaget i radio
IR: Kold gas og støv X: Energirige partikler

6 Atmosfæren stopper X- og gamma-stråling

7 X- og gamma- astrofysik må ske fra rummet
Banen for europæiske XMM-Newton

8 X- og gamma-astrofysik: ABC
Kosmisk X-stråling: E = 0.1 keV ->100 keV (125Å-0.125Å) - Temp > 1 mio. K: Meste energi udsendes i X- området (termisk stråling) - Områder med kraftigt magnet felt (synchrotronstråling) Kosmisk gamma-stråling: E > 100 keV - Kerneprocesser

9 X- og gamma- astrofysik: Fordele
Nogle objekter udsender næsten kun X-stråling (varm gas i galaksehobe) Nogle objekter opdaget i X-stråling (sorte huller) X-himlen er meget variabel (Hård) X-stråling trænger gennem tæt gas => Kan se ind til ”skelettet i galakser” Får billede, spektrum og lyskurve i ét hug!

10 X-data ”Getting it all in one go” Billede Spektrum Lyskurve

11 X- og gamma-astrofysik: Udfordringer
X- og gamma-stråling svær at fokusere: Teleskoper har lille lyssamlende areal – eller dårlig rumlig opløsning Atmosfæren absorberer kosmisk X- og gamma-stråling Observationsbetingelser i bane omkring Jorden er meget variable (”rumvejr”) X- og gamma-stråling fra et objekt giver typisk 1000 gange færre fotoner end i synligt lys: X-data mere ”støjfyldte”

12 X-emission Bremsestråling: Optisk tynd, varm plasma Emissivitet
Integreret over energibånd

13 X-emission Linier Flourescens

14 Bremsestråling + linier
Termisk X-emission Bremsestråling + linier

15 Synchrotronstråling: Relativistiske e- i B-felt
X-emission Synchrotronstråling: Relativistiske e- i B-felt Intensitet

16 Synchrotron-stråling
Centaurus A En aktiv galakse Spectrum of jet

17 X-stråling: Absorption
Fotoelektrisk absorption X-absorption i Mælkevejens interstellare medium

18 MeV energier => Kerneprocesser
Gamma-emission MeV energier => Kerneprocesser

19 0.511 MeV emission fra Mælkevejens centrum
e-,e+ annihilation 0.511 MeV emission fra Mælkevejens centrum

20 Gamma-teleskoper Hulkamera Kodet maske
Gamma-stråling kan ikke fokuseres => Kollimator + maske

21 Gamma-teleskoper: Karakteristika
Komplekst at ”rekonstruere” billede fra interferensmønster Høj baggrund (fra hele synsfeltet) Rumlig opløsning: 1’-10’ Synsfelt: Adskillige grader Afvejning mellem (i) Mange og store huller i maske => mange fotoner men skidt rumlig opløsning (ii) Få og små huller i maske => få fotoner men god rumlig opløsning Godt til at studere tidsudvikling af klare kilder Skidt til at studere svage kilder og kilder tæt på hinanden

22 JEM-X på INTEGRAL (5-30 keV)
Gamma-teleskoper JEM-X på INTEGRAL (5-30 keV)

23 X- og gamma- detektorer
Princip: Omsætte indkommende foton til ”noget måleligt” (+skærme/diskriminere ”støjfotoner”) CCD: Foton omsættes til elektron/hul par i halvleder Gasdetektor: Ionisering => elektron Scintillationsdetektor: Foton omsættes til lysglimt (i f.eks. NaI krystal) som måles med fotomultiplikator Kalorimeter: Foton afsætter varme i absorber, måles med ”termometer” Valg af detektor afh. af: Energibånd, energiopløsning, rumlig opløsning,…

24 X- og gamma- detektorer
Proportional tæller (ionisering): Photoelektrisk absorption af foton i gas => elektron, kaskade af elektroner vha. forstærkning => målbar strøm Net af wires registrerer position, antal målte elektroner giver energy

25 INTEGRAL: IBIS teleskop (15 keV – 10 MeV)
Gamma-teleskoper INTEGRAL: IBIS teleskop (15 keV – 10 MeV) Lav-energetisk gamma-stråling Høj-energetisk gamma-stråling Check for baggrund

26 INTEGRAL billeder af Cyg X-1
Gamma-teleskoper INTEGRAL billeder af Cyg X-1

27 INTEGRAL billede af Mælkevejens centrale dele
Gamma-teleskoper INTEGRAL billede af Mælkevejens centrale dele

28 Fokusering af X-stråler
X-kikkerter Fokusering af X-stråler

29 XMM-Newton: Fokusering

30 XMM-Newton: Kameraer

31 Chandra og XMM-Newton Chandra XMM Very Large Telescope
Hubble Space Telescope

32 Fluorescens fra overfladestøv
Månen Fluorescens fra overfladestøv

33 Fluorescens i iltatomer 120 km over overflade
Mars Fluorescens i iltatomer 120 km over overflade

34 Solen: Klarest på X-himlen
Solen års cyklus

35 X-stjerner Stof bevæger sig med nær lysets hastighed tæt på sorte hul. Opvarmning pga. gnidning

36 Røntgenhimlen

37 X-himlen Der er kun ca. 20 ”røntgenstjerner” på X-himlen at se med ”blotte øje” ”Røntgenstjerner” varierer kraftigt på tidsskalaer fra brøkdele af et sekund til flere år => Specielle betingelser for at få X-emission, og det sker kun ”kort” tid

38 Supertunge sorte huller

39 Supertunge sorte huller
Model Centaurus A (Chandra)

40 Supertunge sorte huller

41 Supertunge sorte huller: X-spektre

42 Galaksehobe Galaksehobe er de største ”byggeklodser” i Universet:
Indeholder fra få - til tusinder af galakser Galaksehobe indeholder det meste af det lysende stof i Universet X-observationer af galaksehobe: - Skoldhed gas mellem galakserne: Vejning af galaksehobe, dynamik i galaksehobe - Strukturdannelse på største skala: Hvordan dannes de? - Følsomme for Universets geometri og udvidelse

43 Coma galaksehoben

44 Galaksehobe: X-spektre
Model Observation

45 Galaksehobe: Vejning Komponent Brøkdel af total masse Galakser 5%
Varm gas 25% Mørkt stof 70%

46 Dynamik i galaksehobe ”Bullet” cluster

47 X-stråling fra invers compton?
Fjerne galaksehobe X-stråling fra invers compton?

48 Gamma-glimt

49 Gamma-glimt

50 Gamma-glimt:”X-efterglød”

51 Gamma-glimt: Eksplodernde stjerner?
Animation 1 Animation 2 Jet animation

52 Chandra Deep Field 1 mio. sekunder

53 Lockman hole

54 Objects on the X-ray sky
The Moon erg/s The Sun erg/s Active stars erg/s X-ray binary stars (Sco X-1) erg/s Normal spiral galaxy (M31) erg/s Normal elliptical galaxy erg/s Seyfert galaxy erg/s Group of galaxies erg/s Cluster of galaxies erg/s Gamma ray burst erg/s

55 X- og gamma- perspektiver
Guldalder først lige begyndt… Chandra (NASA) XMM-Newton (ESA) INTEGRAL (ESA) HETE II (NASA) RXTE (NASA) Swift (NASA) Astro-E (Japan)

56 X- og gamma- ressourcer
HEASARC arkivet: Offentligt, data fra stort set alle højenergimissioner, s/w,… XMM-Newton arkivet: Data fra XMM SkyView + andre: Multibølgelængdearkiver, inkl. X-, gamma- kataloger Xcosmos i København for links mv.

57 A223 X- og gamma-projekter
Kig på arkiv data for dit favoritobjekt og sammenlign med andre bølgelængder X-morfologi af galaksehobe X-lyskurve for gamma-glimt … Kom selv med flere ideer!