Osservazioni di nuclei galattici attivi con argo ybj
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Osservazioni di Nuclei Galattici Attivi con ARGO-YBJ. Relatore Dott.ssa Silvia Vernetto. Candidato Maria Luigia Chiarappa. Luglio 2004. L’astronomia gamma.

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Osservazioni di Nuclei Galattici Attivi con ARGO-YBJ

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Presentation Transcript


Osservazioni di nuclei galattici attivi con argo ybj

Osservazioni di Nuclei Galattici Attivi con ARGO-YBJ

Relatore

Dott.ssa Silvia Vernetto

Candidato

Maria Luigia Chiarappa

Luglio 2004


L astronomia gamma

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.


Radiazione gamma

Radiazione Gamma

L’ampio intervallo di energia implica l’uso di diverse tecniche sperimentali per la rivelazione.

1 MeV 1 GeV 1 TeV 1 PeV 1 Eev

Satellites

Cerenkov Telescopes

EAS arrays


Tecniche di rivelazione

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 ~ 10 TeV.


Apparati a sciame di nuova generazione

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 (~50-100 particelle).

  • lavorando ad alta quota (h > 4000 m) in modo da osservare lo sciame più vicino al suo massimo sviluppo.


Osservazioni di nuclei galattici attivi con argo ybj

Esperimento ARGO-YBJ

  • Laboratorio di Raggi Cosmici di Yangbajing (Tibet, Cina)

  • 4300 m s.l.m.

  • 30,1° latitudine Nord


Sito di argo ybj

Sito di ARGO-YBJ

Yangbajing village

4300 m

ARGO-YBJ


Osservazioni di nuclei galattici attivi con argo ybj

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 unanello 111 x 99 m2


Mappa delle sorgenti e 1 tev

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


Nuclei galattici attivi agn

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


Osservazioni di nuclei galattici attivi con argo ybj

  • Esistono diversi tipi di AGN:

  • Radio-loud: costituiscono il 10% degli AGN. Sonocaratterizzati 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


Processi fisici che producono raggi gamma

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.


Emissione dei blazar

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


Agn analizzati

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°.


Osservazioni di nuclei galattici attivi con argo ybj

Spettro in energia di 1ES 0033+595


Osservazioni di nuclei galattici attivi con argo ybj

Distribuzione del flusso di energia corrispondente al picco di sincrotrone

Distribuzione del flusso di energia corrispondente al picco di sincrotrone

BL lacs

BL lacs

υ f(υ)

erg cm-2 s-1

υ f(υ)

erg cm-2 s-1

Dopo la selezione (E > 1016Hz) sono rimasti 18 blazar candidati all’emissione ai TeV

Log frequency υ [Hz]

Log frequency υ [Hz]

υ f(υ)

erg cm-2 s-1

υ f(υ)

erg cm-2 s-1

QSO

QSO

Log frequency υ [Hz]

Log frequency υ [Hz]


Osservazioni di nuclei galattici attivi con argo ybj

39 Sorgenti studiate


Osservazioni di nuclei galattici attivi con argo ybj

Distribuzione dei redshift dei 39 oggetti


Valutazione della sensibilit di argo nelle osservazioni di agn

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


Osservazioni di nuclei galattici attivi con argo ybj

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)


Minimo flusso osservabile in 1 anno di misura

Minimo flusso osservabile in 1 anno di misura

H1426+428

1ES1959+650

Crab Nebula Flux

1ES2344+514

MRK 421

MRK 501


Osservazioni di nuclei galattici attivi con argo ybj

AGN osservati ai TeV

AGN z Flusso (Crab units)

MRK 501 0.031  0.1 - 3

MRK 421 0.034  0.4 - 13

1ES 2344+514 0.044  0.1 - 0.63

1ES 1959+650 0.048  0.6 – 5

1ES 1426+428 0.129  0.2


Conclusioni

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.


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