Astrofisica delle alte energie 2010 Fabrizio Fiore INAF-OAR fiore@oa-roma.inaf.it http://www.oa-roma.inaf.it/~fiore/agn

Astrofisica delle alte energie Introduzione: cosa sono i processi di alta energia e in quali contesti astrofisici si osservano. Sorgenti galattiche e sorgenti extragalattiche, buchi neri e stelle di neutroni, un primo sguardo.Cenni storici Nuclei galattici attivi. Fenomenologia. Modelli unificati e modelli evolutivi. Getti relativistici e moti superluminali. Winds e altri outflows. Demografia. Evoluzione. Feedbacks. Gamma ray Bursts. Proprieta' osservative. Fireball e analogie con i Blazars. Sorgenti compatte galattiche. Proprieta' osservative delle stelle di neutroni. Proprieta' osservative dei buchi neri galattici. Proprieta' osservative dei resti di supernova. Processi di emissione rilevanti in AAE: ciclotrone, sincrotrone, effetto Compton Inverso, bremsstrahlung. Come viene prodotta la radiazione: accrescimento, dischi di accrescimento, estrazione dello spin, estrazione dell'energia del campo magnetico. Accelerazione di particelle, accelerazione statistica.

Processi di alta energia: M87

M87

The BH at the Galactic centre NIR NIR X-rays

Black Holes: detecting the horizon mmVLBI

Gamma ray bursts the most energetic explosion in the Universe after the big bang

Long GRB

Short GRB

Acceleration processes in SNR What is the maximum energy of accelerated particles ? Electrons are a few % of cosmic rays but can reveal a lot on the mechanism of diffusive shock acceleration X-ray synchrotron emission Maximum energy of accelerated e- obtained through the measurement of the cut-off frequency of the synchrotron emission, observable in X-rays (if the magnetic field is known) => e- energy on the order of 10-100 TeV! Azimuthal variation of Emax along the SNR shock Cosmic ray spectrum

Particle acceleration in SNRs Aharonian et al. (2004) HESS/ASCA view of RXJ1713.7-3946 Regions with similar TeV and X-ray morphology are probably sites of e- acceleration. Strong GeV-TeV emission in regions with little hard X-ray emission are probably site of hadron acceleration, through detection of 0 decay Strong synergies between X-ray observations and GLAST and Cherenkov telescopes.

Mechanisms for the extraction of energy from a compact source Accretion Spin Magnetic field

Accretion Una delle maniere di accelerare una particella e' quella di sottoporla ad un campo gravitazionale. Ad esempio se si lascia cadere un corpo questo e' sottoposto ad una accelerazione di gravita' che lo fa cadere per terra. L’accelerazione e' tanto maggiore quanto piu' grande e' la massa che determina il campo gravitazionale e tanto minore e' la distanza dal centro di questa massa. Raggio della terra = 6378 km Raggio del sole =700mila km=109 Rt Dimensioni sistema solare = 1.5 1013 cm = 150 milioni di km Dimensioni di una galassia = 10 kpc = 300 milioni di miliardi di km R stella di neutroni di massa solare = 15 km R buco nero massa solare = 10 km R buco nero di massa 108Msun = 1013 cm = dimensioni sistema solare Chi paga? Il potenziale gravitazionale della materia in accrescimento

Accretion disks

Spin Chi paga? L’energia rotazionale della stella compatta

Campo magnetico Chi paga? Il campo magnetico 1015 Gauss