(НЕ)ПРОЗРАЧНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ
Download
1 / 60

(НЕ)ПРОЗРАЧНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ - PowerPoint PPT Presentation


  • 198 Views
  • Uploaded on

(НЕ)ПРОЗРАЧНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ. Сергей Троицкий (ОТФ ИЯИ РАН). «Династия», 16 апреля 2010 г. (НЕ)ПРОЗРАЧНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ для фотонов высокой энергии. Сергей Троицкий (ОТФ ИЯИ РАН). «Династия», 16 апреля 2010 г. ( НЕ )ПРОЗРАЧНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ. 1. Почему Вселенная непрозрачна?

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' (НЕ)ПРОЗРАЧНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ' - dewei


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

(НЕ)ПРОЗРАЧНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ

Сергей Троицкий

(ОТФ ИЯИ РАН)

«Династия», 16 апреля 2010 г.


(НЕ)ПРОЗРАЧНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ

для фотонов высокой энергии

Сергей Троицкий

(ОТФ ИЯИ РАН)

«Династия», 16 апреля 2010 г.


(НЕ)ПРОЗРАЧНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ

  • 1. Почему Вселенная непрозрачна?

    • Электромагнитные каскады на фоновом излучении.

  • 2. Полезные выводы из непрозрачности Вселенной.

    • Ограничения на излучение сверхвысоких энергий.

  • 3. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется!

    • IR/TeV - кризис.

  • 4. Как сделать Вселенную попрозрачнее?

    • Осцилляции фотонов в гипотетические легкие

    • частицы.


(НЕ)ПРОЗРАЧНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ

  • 1. Почему Вселенная непрозрачна?

    • Электромагнитные каскады на фоновом излучении.

  • 2. Полезные выводы из непрозрачности Вселенной.

    • Ограничения на излучение сверхвысоких энергий.

  • 3. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется!

    • IR/TeV- кризис.

  • 4. Как сделать Вселенную попрозрачнее?

    • Осцилляции фотонов в гипотетические легкие

    • частицы.


Вселенная заполнена излучением:

микроволновое реликтовое излучение

(см. предыдущую лекцию)


Вселенная заполнена излучением:

фоновое радиоизлучение

(радиогалактики, скопления галактик)


Вселенная заполнена излучением:

инфракрасный и оптический фон

(звезды, особенно молодые; пыль)


Вселенная заполнена излучением:

ультрафиолетовый и рентгеновский фон

(многочисленные источники)


Вселенная заполнена излучением:

диффузное гамма-излучение

(активные ядра галактик,

аннигиляция темной материи(?) и т.д.)


Вселенная заполнена излучением:


Рождение пар

e–

Ee

фотон

e+

фоновый

фотон

ω


Обратный эффект Комптона

фотон

фоновый

фотон

ω

e–

Ee

e–

(+ кроссинг-симметричная диаграмма)


полное сечение рождения пар (PP) и

обратного комптоновского рассеяния (ICS)


рождение пар: энергия, уносимая электроном

s/4m2 = 3, 30, 30000


ICS: энергия, уносимая фотоном

s/4m2 =0.1,3, 30, 30000


развитие электромагнитного каскада:

γ

PP = рождение пар

PP

ICS = обратное комптоновское

рассеяние

e

ICS

e

γB

энергичные фотоны и электроны

γ

PP

e

γB

e

ICS

мягкие фоновые фотоны,

мягкие вторичные электроны

e

γB

γ

γB

e


полное сечение рождения пар (PP) и

обратного комптоновского рассеяния (ICS)


полное сечение рождения пар (PP) и

обратного комптоновского рассеяния (ICS)

наиболее интенсивное

рождение пар:

s/4me2 ~2…4

Eγ~5×1011 (ω/eV)-1eV


плотность фоновых фотонов

Eγ~5×1011 (ω/eV)-1eV

длина свободного пробега фотонов


(НЕ)ПРОЗРАЧНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ

  • 1. Почему Вселенная непрозрачна?

    • Электромагнитные каскады на фоновом излучении.

  • 2. Полезные выводы из непрозрачности Вселенной.

    • Ограничения на излучение сверхвысоких энергий.

  • 3. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется!

    • IR/TeV- кризис.

  • 4. Как сделать Вселенную попрозрачнее?

    • Осцилляции фотонов в гипотетические легкие

    • частицы.


  • Полезные выводы из непрозрачности Вселенной.

    • Ограничения на излучение сверхвысоких энергий.

длина свободного пробега фотонов


  • Полезные выводы из непрозрачности Вселенной.

    • Ограничения на излучение сверхвысоких энергий.

ГЗК нейтрино

фотоны

протоны

E(max)

астрофизические ускорители протонов >1020 эВ


  • Полезные выводы из непрозрачности Вселенной.

    • Ограничения на излучение сверхвысоких энергий.

  • что можно ограничить?

  • сценарии происхождения космических лучей

    • сверхвысоких энергий (стандартные и с новой физикой)

  • распады и аннигиляцию частиц темной материи,

    • в т.ч. сверхтяжелой

  • распады и аннигиляцию топологических дефектов

  • аномальные концентрации реликтовых нейтрино

  • нестандартные объяснения зависимости «красное смещение –

    • блеск» для сверхновых типа Ia

    • …………..


( непрозрачности Вселенной.НЕ)ПРОЗРАЧНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ

  • 1. Почему Вселенная непрозрачна?

    • Электромагнитные каскады на фоновом излучении.

  • 2. Полезные выводы из непрозрачности Вселенной.

    • Ограничения на излучение сверхвысоких энергий.

  • 3. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется!

    • IR/TeV- кризис.

  • 4. Как сделать Вселенную попрозрачнее?

    • Осцилляции фотонов в гипотетические легкие

    • частицы.


инфракрасный фон: измерения и модели


энергия фотонов

расстояние

оптическая толща Вселенной


наблюдения удаленных источников в ТэВ-диапазоне (точнее, >100 ГэВ)

STACEE

HESS

ГT-48

CANGAROO

VERITAS

MAGIC


наблюдения удаленных источников в ТэВ-диапазоне (точнее, >100 ГэВ)

самый первый – Mrk 421 (z=0.031)

WHIPPLE 1992


наблюдения удаленных источников в ТэВ-диапазоне (точнее, >100 ГэВ)

самый первый – Mrk 421 (z=0.031)

WHIPPLE 1992


наблюдения удаленных источников в ТэВ-диапазоне (точнее, >100 ГэВ)

ТИП ИСТОЧНИКОВ: БЛАЗАРЫ

Блазары – активные галактики, струи которых направлены на наблюдателя


наблюдения удаленных источников в ТэВ-диапазоне (точнее, >100 ГэВ)

самый далекий – 3С 279 (z=0.536)

MAGIC 2007


наблюдения удаленных источников в ТэВ-диапазоне (точнее, >100 ГэВ)

3С 66A (z=0.444)

КРАО 2001


3С 66A (z=0.444)

сигнал VERITAS в период

вспышки блазара указывает

на блазар 3С66А

VERITAS 2009


наблюдения удаленных источников в ТэВ-диапазоне (точнее, >100 ГэВ)

3С 66A (z=0.444)

сигнал MAGIC в период

покоя блазара указывает

на близкую радиогалактику

3С66В

MAGIC 2010


наблюдения удаленных источников в ТэВ-диапазоне (точнее, >100 ГэВ)

38 внегалактических источников, 20имеютz>0.1, 8 имеютz>0.3


энергия фотонов

3C 66A ?

3C 279

расстояние

оптическая толща Вселенной + источники


спектры излучения в источнике должны загибаться вверх!


спектры излучения блазаров неплохо изучены:

синхротронный пик

ICS-пик

обратное комптоновское рассеяние

тех же самых синхротронных фотонов на реликтовом излучении

два пика связаны между собой


спектры излучения блазаров неплохо изучены:

последовательность блазаров…

радио

рентген

FSRQ –

радиояркие квазары с плоским спектром

видимый

свет

МэВ

LBL – лацертиды с низкоэнергетическим пиком

рентген

>ГэВ

HBL – лацертиды с

высокоэнергетическим пиком


спектры излучения блазаров неплохо изучены:

последовательность блазаров…


требуемый

загиб зависит от

расстояния до

источника, а не

от типа!

(HBL, LBL, FSRQ)

выглядит

подозрительно…


  • предложенные объяснения:

  • непрозрачность:

    • блазары на самом деле на близких расстояниях

    • ТэВ-фотоны – вторичные в результате каскада

      • (практически нулевое межгалактическое магнитное поле)

    • поглощение в источнике («выедание» спектра)

  • прозрачность:

    • нарушение Лоренц-инвариантности

      • (модификация сечений электромагнитных процессов)

    • осцилляции фотонов в частицы, не взаимодействующие

      • с фоновым излучением


( чем кажется!НЕ)ПРОЗРАЧНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ

  • 1. Почему Вселенная непрозрачна?

    • Электромагнитные каскады на фоновом излучении.

  • 2. Полезные выводы из непрозрачности Вселенной.

    • Ограничения на излучение сверхвысоких энергий.

  • 3. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется!

    • IR/TeV- кризис.

  • 4. Как сделать Вселенную попрозрачнее?

    • Осцилляции фотонов в гипотетические легкие

    • частицы.



источник

максимальное

смешивание

2/3 фотонов

теряют энергию

1/3 «а»

1/9 «а»

2/9 фотонов

межгалактическое

пространство

нет смешивания

наша Галактика

смешивание,

близкое к

максимальному


псевдоскалярное поле

(аксионоподобная

частица)

тензор напряжений

электромагнитного поля

дуальный тензор


где


plasma frequency

плазменная частота


вероятность осцилляций (для постоянных B, ne):

где


условия максимального смешивания:


условия максимального смешивания:


M~1010 ГэВ, m~10-9эВ … 10-7 эВ

нужен «аксион»!


нужен «аксион»!

M~1010 ГэВ, m~10-9эВ … 10-7 эВ

  • параметры в разрешенной области

  • одни и те же параметры - решение ряда астрофизических проблем:

    • «infrared-TeV crisis» (ТэВ фотоны от далеких блазаров)

    • нейтральные частицы сверхвысоких энергий от лацертид

    • функция светимости активных галактик

    • функция светимости белых карликов?

    • - пульсирующее излучение при 20-60 ГэВ от пульсара Крабовидной

      • туманности?

    • - корреляции в ориентации плоскостей поляризации квазаров?


Выводы попрозрачнее?


( попрозрачнее?НЕ)ПРОЗРАЧНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ

  • 1. Почему Вселенная непрозрачна?

    • Электромагнитные каскады на фоновом излучении.

  • 2. Полезные выводы из непрозрачности Вселенной.

    • Ограничения на излучение сверхвысоких энергий.

  • 3. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется!

    • IR/TeV- кризис.

  • 4. Как сделать Вселенную попрозрачнее?

    • Осцилляции фотонов в гипотетические легкие

    • частицы.


( попрозрачнее?НЕ)ПРОЗРАЧНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ

  • 1. Почему Вселенная непрозрачна?

    • Электромагнитные каскады на фоновом излучении.

  • 2. Полезные выводы из непрозрачности Вселенной.

    • Ограничения на излучение сверхвысоких энергий.

  • 3. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется!

    • IR/TeV- кризис.

  • 4. Как сделать Вселенную попрозрачнее?

    • Осцилляции фотонов в гипотетические легкие

    • частицы.


( попрозрачнее?НЕ)ПРОЗРАЧНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ

  • 1. Почему Вселенная непрозрачна?

    • Электромагнитные каскады на фоновом излучении.

  • 2. Полезные выводы из непрозрачности Вселенной.

    • Ограничения на излучение сверхвысоких энергий.

  • 3. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется!

    • IR/TeV- кризис.

  • 4. Как сделать Вселенную попрозрачнее?

    • Осцилляции фотонов в гипотетические легкие

    • частицы.


( попрозрачнее?НЕ)ПРОЗРАЧНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ

  • 1. Почему Вселенная непрозрачна?

    • Электромагнитные каскады на фоновом излучении.

  • 2. Полезные выводы из непрозрачности Вселенной.

    • Ограничения на излучение сверхвысоких энергий.

  • 3. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется!

    • IR/TeV- кризис.

  • 4. Как сделать Вселенную попрозрачнее?

    • Осцилляции фотонов в гипотетические легкие

    • частицы.


( попрозрачнее?НЕ)ПРОЗРАЧНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ

  • 1. Почему Вселенная непрозрачна?

    • Электромагнитные каскады на фоновом излучении.

  • 2. Полезные выводы из непрозрачности Вселенной.

    • Ограничения на излучение сверхвысоких энергий.

  • 3. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется!

    • IR/TeV - кризис.

  • 4. Как сделать Вселенную попрозрачнее?

    • Осцилляции фотонов в гипотетические легкие

    • частицы.


ad