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Osservazione di Gamma Ray Bursts con Argo - YBJ Relatore Dott.ssa Silvia Vernetto Candidato Ferriani Giulia 23 Luglio 2004.

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1 Osservazione di Gamma Ray Bursts con Argo - YBJ Relatore Dott.ssa Silvia Vernetto Candidato Ferriani Giulia 23 Luglio 2004

2 Gamma Ray Bursts (GRBs) Scoperti negli anni 60 Osservati solo da satelliti Energia dei fotoni dai KeV ai TeV Sorgente sconosciuta

3 Compton Gamma Ray Observatory - CGRO ( ) OSSE MeV BATSE 20 KeV- 10 MeV COMPTEL MeV EGRET 20 MeV - 30 GeV Beppo Sax (1996 – 2000) X-ray detectors Gamma Ray Burst monitor KeV.

4 Mappa GRBs osservati da BATSE

5 Forma e durata diverse Nessuna correlazione tra flusso, tempo e morfologia Curve di luce

6 GRB galattici o extragalattici? BATSE ha trovato una distribuzione isotropa dei Burst e una carenza di oggetti deboli Il flusso medio registrato è di circa erg/cm 2 Burst galattici Alone galattico di almeno 100 Kpc Energia emessa di circa erg Burst extragalattici Lo spostamento verso il rosso causa la carenza di oggetti deboli Energia emessa di circa erg (più di una supernova)

7 GRB Emissione di raggi X vista da Beppo Sax in coincidenza col GRB ma più debole e più lunga nel tempo. Lo spettro X decresce con una legge di potenza. Lafterglow GRB Emissione raggi X

8 GRB Feb3 Mar Immagini dellemissione in raggi X riprese da Beppo Sax Prima controparte ottica del GRB ripresa dall Hubble Space Telescope Di tutti i Burst osservati il quasi tutti hanno lafterglow nella banda X, il 50% anche nella banda ottica, nellinfrarosso e radio

9 Il primo redshift z Origine cosmologica! Lo studio degli spettri delle controparti ottiche ha permesso di determinare i redshift z e quindi le distanze dei bursts: per il GRB si è calcolato z 0.84 corrispondente a una distanza di circa 5*10 9 anni luce I GRBs più lontani osservati hanno z = 3.9 e z = 4.5 e sono avvenuti quando luniverso era piccolo piccolo!

10 Requisiti del modello: –Origine extragalattica –Altissima energia prodotta erg –Spettro di emissione ampio: –Lampo γ di breve durata –Piccole dimensioni della sorgente Origine dei GRBs GRB: gamma, X Afterglow: X, ottico, radio

11 Modello FIREBALL Fusione di un sistema binario compatto Collasso gravitazionale (Ipernovae) Ci sono forti indicazioni di un collegamento tra Supernovae e GRBs (curve di luce, righe del ferro) Esplosione a velocità relativistica accelera gli elettroni La decelerazione produce lAfterglow Gli elettroni di sincrotrone producono il GRB (Stelle di neutroni o buchi neri) Emissione isotropa o in jets?

12 Assorbimento extragalattico Linterazione dei fotoni gamma con fotoni di bassa energia (infrarossi, ottici) dello spazio extragalattico causa lassorbimento dei γ di alta energia e-e- e+e+ γ + γe + e -

13 Assorbimento di raggi gamma Lassorbimento di radiazione aumenta con lenergia E e con la distanza z Stecker, 1998

14 Argo YBJ detector Apparato a sciame a copertura totale grande altitudine (4300m) Detector installati (Dic 2002) = 1650 m 2 Rivelatore: tappeto di Resistive Plate Counters (RPCs) coperto da 0,5 cm Pb Full coverage carpet 78 x 75 m 2 circondato da un anello 111 x 99 m 2 Area totale: 6700 m 2

15 Configurazione del rivelatore 1.3 x 2.8 m x 5.7 m PADs 56 x 62 cm

16 RPCs Vista dellinterno del laboratorio: camere RPC

17 ARGO consente una misura di alta risoluzione dello spazio tempo del fronte dello sciame Primi sciami rivelati da Argo

18 Sciami a bassa molteplicità Sciami piccoli N pad 20 Permette di ricostruire la direzione di arrivo con un errore di circa 2.7° E > 10 2 GeV Tecniche di rivelazione di GRBs con Argo Non ricostruisce la direzione E > 10 GeV Particella singola GRB fondo

19 Raccolta e analisi dati Si selezionano dai cataloghi i GRBs con redshift z misurato Per ogni GRB: Si è utilizzato il flusso rivelato dai satelliti tra i KeV e i MeV e si è estrapolato alle alte energie utilizzando uno spettro di potenza E -2 Si modifica lo spettro tenendo conto dellassorbimento dei fotoni nello spazio extragalattico Si ipotizza un angolo zenitale = 20° Si valuta leventuale segnale del GRB rivelato da Argo

20 31 GRBs analizzati

21 Molti GRB hanno z 1 La maggior parte dei GRB ha durata tra 10 e 100 sec

22 Modello di spettro differenziale Fluence F (E 1,E 2 ) misurata da satellite Valutazione dello spettro differenziale con α =2 Valutazione del coeff. dello spettro Spettro con assorbimento

23 Si utilizza un programma che: Simula il flusso di raggi gamma del GRB e la risposta del rivelatore Valuta il numero di eventi attesi dal GRB e dal fondo Confronta il segnale col fondo e valuta la significatività statistica del segnale:

24 Distribuzione delle sigma rispetto ai redshift z Con la tecnica della particella singola si ha maggiore sensibilità per gli eventi ad alto redshift Argo può vedere 4 GRB sui 31 analizzati circa il 13% GRB

25 Ad Ottobre 2004 sarà lanciato il Satellite SWIFT per osservare GRB Si prevedono 320 GRB osservati in un anno Argo ha un campo di vista di circa 1.5 sr, (circa il 12% della sfera celeste). Se rivela una frazione del 10% dei GRB visti da Swift Prospettive per Argo Argo osserverà alcuni GRB lanno

26 Grazie per lattenzione e Buone Vacanze!


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