Osservazioni di Nuclei Galattici Attivi con ARGO-YBJ

Presentazione sul tema: "Osservazioni di Nuclei Galattici Attivi con ARGO-YBJ"— Transcript della presentazione:

1 Osservazioni di Nuclei Galattici Attivi con ARGO-YBJ
Relatore Dott.ssa Silvia Vernetto Candidato Maria Luigia Chiarappa Luglio 2004

2 L’astronomia gamma L’astronomia dei raggi gamma, lo studio dei raggi cosmici di alta energia e l’astronomia dei neutrini cosmici costituiscono quel campo della ricerca che è detto “astrofisica delle alte energie”. Il termine “raggio gamma” si usa per identificare la radiazione elettromagnetica di energia maggiore di circa 1 MeV.

3 Radiazione Gamma 1 MeV 1 GeV 1 TeV 1 PeV 1 Eev
L’ampio intervallo di energia implica l’uso di diverse tecniche sperimentali per la rivelazione. 1 MeV GeV TeV PeV Eev Satellites Cerenkov Telescopes EAS arrays

4 Tecniche di rivelazione
Rivelatori su satelliti: usati per rivelare raggi γ con un’energia compresa tra ~ 1 MeV e alcune decine di GeV. Telescopi Cerenkov (ACT): usati nell’intervallo di energia che va da ~ 100 GeV a ~ 100 TeV. Gli ACT rivelano la radiazione Cerenkov prodotta nell’atmosfera dalle particelle relativistiche secondarie cariche degli sciami elttromagnetici prodotti dai raggi gamma primari. Apparati a sciame: costituiti da numerosi rivelatori distribuiti su una superficie in grado di rivelare il passaggio del fronte dello sciame; lavorano ad energie al di sopra di ~ TeV.

5 Apparati a sciame di nuova generazione
Un apparato a sciame può lavorare nell’intervallo di energia dei telescopi Cerenkov (energia dei primari E > 100 GeV) con queste due tecniche: utilizzando una copertura totale di rivelazione (full coverage) in modo da poter osservare anche sciami molto piccoli (~ particelle). lavorando ad alta quota (h > 4000 m) in modo da osservare lo sciame più vicino al suo massimo sviluppo.

6 Esperimento ARGO-YBJ Laboratorio di Raggi Cosmici di Yangbajing (Tibet, Cina) 4300 m s.l.m. 30,1° latitudine Nord

7 Sito di ARGO-YBJ Yangbajing village 4300 m ARGO-YBJ

8 Il Rivelatore Rivelatore: tappeto di Resistive Plate Counters (RPCs) coperto da 0,5 cm Pb Area totale: 6700 m2 Full coverage carpet 78 x 75 m2 circondato da un anello 111 x 99 m2

9 Mappa delle sorgenti (E ~ 1 TeV)
In 2004 : 18 sources ( 8 seen by more than one group ) Galactic sources 3 (1) Pulsar nebulae (plerions) 3 (1) Supernova remnants 1 (0) X-ray binary 1 (0) OB association Extragalactic sources 8 (6) AGNs (blazars) 1 (0) Starburst Galaxy 1 (0) Radio Galaxy

10 Nuclei Galattici Attivi (AGN)
Per Nucleo Galattico Attivo (AGN) si intende la regione centrale di una galassia la cui emissione di radiazione non è ascrivibile ai normali processi stellari. La luminosità tipica è 1048 erg/s, questa potenza è dovuta all’accresimento di materia attorno ad un buco nero supermassivo (108 Mo) posto al centro della galassia. Caratteristiche degli AGN: nucleo con alta luminosità L > 1048 erg/s (nostra Galassia: L ~ 1044 erg/s) spettro non termico grande variabilità della luminosità

11 Radio quiet (90%) Seyfert Galaxies Quasars Radio Loud (10%)
Esistono diversi tipi di AGN: Radio-loud: costituiscono il 10% degli AGN. Sono caratterizzati dalla presenza di due getti relativistici di materia e radiazione che si estendono simmetricamente dalla regione centrale per centinaia di parsec. Radio-quiet: costituiscono il 90% degli AGN, sono deboli sorgenti radio. Di particolare importanza per la gamma astronomia sono i blazars: AGN Radio-loud i cui getti relativistici sono diretti verso di noi. Radio quiet (90%) Seyfert Galaxies Quasars Radio Loud (10%) Radio Galaxies Radio Quasars Blazars

12 Processi fisici che producono Raggi Gamma
Bremsstrahlung : processo di emissione di radiazione elettromagnetica da parte di un elettrone nel campo elettrico di un nucleo atomico. Radiazione di sincrotrone : radiazione emessa da un elettrone relativistico sotto l’effetto di un campo magnetico. Effetto Compton inverso: un elettrone di alta energia diffonde su un fotone di bassa energia trasformandolo in un fotone di energia molto maggiore. Interazione adroniche: I raggi gamma prodotti nei processi adronici provengono essenzialmente dal decadimento del pione neutro.

13 Curva di luce in gamma di alta energia
Emissione dei blazar 1995 1996 1997 MRK 421 1998 Modello Synchrotron Self Compton (SSC): 1° picco: radiazione di sincrotrone 2° picco: effetto Compton Inverso MRK 501 Curva di luce in gamma di alta energia

14 AGN analizzati Sorgenti extragalattiche osservate ai TeV da telescopi Cerenkov Catalogo dei BL Lac candidati per l’emissione ai TeV di L. Costamante e G. Ghisellini (A&A 384,56,2002) Catalogo Blazars osservati in X da BeppoSax Abbiamo selezionato sorgenti con declinazione compresa tra -9,89° e +70,11°, perché questi oggetti culminano alla latitudine di ARGO con angolo zenitale inferiore ai 40°.

15 Spettro in energia di 1ES 0033+595

16 Distribuzione del flusso di energia corrispondente al picco di sincrotrone
BL lacs BL lacs erg cm-2 s-1 υ f(υ) erg cm-2 s-1 υ f(υ) Dopo la selezione (E > 1016 Hz) sono rimasti 18 blazar candidati all’emissione ai TeV Log frequency υ [Hz] Log frequency υ [Hz] erg cm-2 s-1 υ f(υ) erg cm-2 s-1 υ f(υ) QSO QSO Log frequency υ [Hz] Log frequency υ [Hz]

17 39 Sorgenti studiate Nome sorgente Declinazione Redshift M87 12,21
0,004 11,90 0,018 MRK 421 38,13 0,031 MRK 501 39,75 0,034 1ES2344 51,40 0,044 1ES 65,00 0,047 51,70 0,049 50,20 0,055 BL Lacertae 42,00 0,069 1ES 19,60 0,084 1ES 59,50 0,086 EXO 42,20 0,124 H1426 42,80 0,129 1H 30,18 0,130 67,37 0,135 52,40 0,138 20,00 0,139 20,20 1ES 24,21 0,141 1H 2,42 0,147 12,20 0,162 30,40 0,182 1ES 49,84 0,188 MS 18,76 0,190 39 Sorgenti studiate Nome sorgente Declinazione Redshift 49,60 0,200 EXO 30,30 0,237 EXO 25,72 1ES 40,13 0,272 1ES 34,35 1H 1,09 0,287 MS 0,57 0,299 OJ287/ 20,30 0,306 1ES 67,62 0,314 PG 11,30 0,360 1ES 50,89 0,361 3C66A 42,48 0,444 1H 65,42 0,702 1RXSJ 22,71 0,770 1ES 53,34 0,890

18 Distribuzione dei redshift dei 39 oggetti

19 Valutazione della sensibilità di ARGO nelle osservazioni di AGN
1)Modello di spettro di AGN: spettro di potenza con assorbimento dovuto alla radiazione di background extragalattico (infrarosso, ottico) [Jager and Stecker, ApJ 566, 738, 2002] 2) Simulazione del cammino giornaliero della sorgente sulla volta celeste (angolo zenitale < 40°) AGN con declinazione intorno a 25°- 50° sono visibili per più tempo da ARGO

20 3) Simulazione del flusso di raggi gamma dall’AGN e risposta del rivelatore
4) Valutazione del numero di eventi giornalieri attesi sul rivelatore (sciami con almeno 100 particelle): - dalla sorgente - dal fondo dei raggi cosmici 5) Confronto del segnale con il fondo Valutazione del flusso necessario per osservare la sorgente con significatività statistica maggiore uguale a 5 sigma (σ)

21 Minimo flusso osservabile in 1 anno di misura
H 1ES Crab Nebula Flux 1ES MRK 421 MRK 501

22 AGN osservati ai TeV AGN z Flusso (Crab units) MRK 501 0.031  0.1 - 3
1ES  1ES  0.6 – 5 1ES  0.2

23 Conclusioni Abbiamo valutato la sensibilita’ di ARGO nell’osservazione di Nuclei Galattici Attivi di tipo blazar. In un anno di osservazione ARGO ha una sensibilita’ pari a frazioni di flusso Crab per AGN a basso redshift. La sensibilita’ diminuisce con la distanza a causa dell’assorbimento dei fotoni gamma nello spazio extragalattico. Grazie al suo ampio campo di vista (1.5 sr) ARGO puo’ monitorare con continuita’ il flusso delle sorgenti piu’ vicine e rivelare eventuali periodi di alta attivita’ degli AGN piu’ lontani.