Supernove, Buchi Neri e Gamma Ray Burst

Presentazione sul tema: "Supernove, Buchi Neri e Gamma Ray Burst"— Transcript della presentazione:

1 Supernove, Buchi Neri e Gamma Ray Burst
Mario Vietri, Scuola Normale Superiore Cortona 28 agosto 2005

2 I primi Burst I satelliti Vela furono lanciati negli
anni 60 per verificare l’assenza di esplosioni nucleari nell’atmosfera 5 (o più) satelliti contemporanei: permetteva di determinare la posizione dell’esplosione Nel 1969, dati del 1967 mostrano un’esplosione chiaramente non terrestre 16 bursts vengono trovati fra il 1969 ed il 1972 Cortona 28 agosto 2005

3 Cosa sono i raggi X e Gamma?
A gamma ray is the highest energy of light. As you can see here it has an incredible amount of energy. You can also see that the frequency is inversely proportional to the wavelength. Cortona 28 agosto 2005

4 Compton Gamma Ray Observatory- BATSE (1991 – 2000)
8 strumenti sugli spigoli dello spacecraft Scintillatori di NaI Each detector module contains two NaI(Tl) scintillation detectors: a Large Area Detector (LAD) optimized for sensitivity and directional response, and a Spectroscopy Detector (SD) optimized for energy coverage and energy resolution. Cortona 28 agosto 2005

5 Primi Risultati Curve di luce molto diverse fra loro;
Alcune continue, altre irregolari Le durate vanno da 0.01 secondi fino a 5000 secondi Cortona 28 agosto 2005

6 Lo zoo delle curve di luce
Cortona 28 agosto 2005

7 Cosa sono, e dove sono? I Gamma Ray Burst sono distribuiti uniformemente su tutto il cielo. Cortona 28 agosto 2005

8 Confrontiamo i dati con la forma della Galassia
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9 …e con la distribuzione delle sorgenti non identificate
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10 Vicini o lontani? Bisogna trovare l’afterglow.
Implicazioni dell’isotropia della distribuzione: Molto vicini: entro qualche parsec dal Sole: Dove sono i burst deboli? A distanze cosmologiche: Richiedono energie enormi: come è possibile? A metà strada: nelle parti più esterne della Galassia Sembrava proprio la risposta giusta…. Ma… Bisogna trovare l’afterglow. Cortona 28 agosto 2005

11 Un progresso, finalmente!
Nel 1997, BeppoSAX rivela raggi X da un GRB, 8 ore dopo l’esplosione, per la prima volta! Cortona 28 agosto 2005

12 Perché è stato possibile il successo di SAX
Perché è stato possibile il successo di SAX? 1) Strumenti a grande e a piccolo campo 2) Strumenti X, non gamma Cortona 28 agosto 2005

13 L’immagine nell’ottico
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14 Come facciamo ad essere sicuri che sia lo stesso oggetto che si sta spegnendo?
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15 L’immagine di Hubble/STIS, 7 mesi dopo
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16 GRB 990123 990123 raggiunse la nona magnitudine!
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17 Ora sappiamo la Distanza! Cortona 28 agosto 2005

18 Primo GRB rivelato da Terra, simultaneamente!
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19 E il secondo rivelato pure da Terra
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20 Cosa sono? La rivelazione dei redshift ha mostrato che sono a
distanze enormi, e dunque che producono quantità di energia enormi: cosa mai può produrli? Hypernova Fusione di due stelle di neutroni Cortona 28 agosto 2005

21 Un breve ripasso di Evoluzione stellare
Puff! Bang! Bang! Le stelle piccoline come il Sole si spengono dolcemente Le stelle massicce esplodono! Cortona 28 agosto 2005

22 Come si genera una supernova?
Ci vuole una stella massiccia (>8 masse solari) La fusione termonucleare genera calore La Gravità equilibra la pressione La fusione genera una cipolla Nel nucleo si accumula ferro Ma la fusione del ferro assorbe energia, non ne libera! Siccome il sistema non genera più pressione, vince la gravità: ne segue un collasso, che libera 1053 ergs = 100,000 volte tutta l’energia liberata dal Sole in tutta la sua vita Risultato: stella di neutroni, o buco nero. Cortona 28 agosto 2005

23 Perché le SuperNovae sono facili da rivelare?
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24 Massa: da 1.4 a 2.8 masse solari Raggio: 10 chilometri
Stelle di Neutroni Massa: da 1.4 a 2.8 masse solari Raggio: 10 chilometri Densità: 1014 g/cm3 = nucleo atomico Campo Magnetico: 1012 gauss (Terra = 1 gauss) Periodo di rotazione: da 1 millisec a 10 secondi Cortona 28 agosto 2005

25 Le Pulsar sono stelle di neutroni
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26 La nebulosa del Granchio
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27 I buchi neri Un oggetto in cui la velocità di fuga è più grande
della velocità della luce Ve = (2 G m / r)1/2 Raggio Schwarzschild = 2 G m/c2 Rs = 3 km for the Sun Massa: > da 3 volte a qualche miliardo di volte la massa del Sole Cortona 28 agosto 2005

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29 Ma se sono neri, come possono essere così luminosi da generare I GRB?
Dischi di accrescimento! Un oggetto che vi cade dentro, può liberare fino al 10% della sua massa di riposo in energia 1 bruscolino = bomba atomica (10 kilotons) Cortona 28 agosto 2005

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31 Così, una SuperNova che forma una stella di neutroni
oppure un buco nero è un candidato ideale per generare un GRB Ma il problema energetico è ulteriormente alleviato se c’è BEAMING Cortona 28 agosto 2005

32 Come funziona nei dettagli? 1
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33 Cortona 28 agosto 2005

34 Come funziona nei dettagli? 2
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35 Come funziona nei dettagli? 3
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36 Cosa resta alla fine del processo?
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37 La connessione con la SuperNova: GRB 030329
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38 Abbiamo già finito? NO! I dati mostrano che ci sono 2 tipi di GRB
Quelli che durano meno di 2 secondi Quelli che durano più di 2 secondi I bursts più brevi producono radiazione più dura, come richiesto dal modello della fusione di 2 stelle di neutroni. I bursts più lunghi invece producono radiazione più soffice, come predetto dal modello di HyperNova Chiaramente, ci vogliono nuovi dati. Cortona 28 agosto 2005

39 La distribuzione delle durate dei GRB
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40 In quale maniera una SuperNova genera Un GRB?
Quello che sappiamo: C’è una quantità enorme di energia disponibile I raggi gamma sono creati dall’ interazione fra il Materiale espulso e quello circostante. La materia viene accelerata fino al % di quella della luce Si deve anche avere un bel po’ di BEAMING? Cortona 28 agosto 2005

41 Chi ci darà nuove informazioni?
REM HETE-2 GLAST Swift Cortona 28 agosto 2005