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Observation des radioactivités

Observation des radioactivités. Carte du ciel de la raie gamma à 1809 keV (Plüschke 2001). Jürgen Knödlseder Centre d’Etude Spatiale des Rayonnements, Toulouse, France. Plan du cours. 26 Al. SN Ia. 44 Ti. Novae. SN 1987A. Résumé. 26 Al - découverte par HEAO-3.

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  1. Observation des radioactivités Carte du ciel de la raie gamma à 1809 keV (Plüschke 2001) Jürgen Knödlseder Centre d’Etude Spatiale des Rayonnements, Toulouse, France

  2. Plan du cours 26Al SN Ia 44Ti Novae SN 1987A Résumé

  3. 26Al - découverte par HEAO-3 HEAO-3 : spectromètre Ge (Mahoney et al. 1984) Flux ~ 4 x 10-4 ph cm-2 s-1 • Quelle source peut produire le flux observé ? • SN II • Novae • géants rouges (étoiles AGB) • étoiles Wolf-Rayet • source local ? • hypernova au centre galactique ? Wolf-Rayet ? AGB ? supernovae ? novae ?

  4. 26Al - imagerie par COMPTEL Carte du ciel de la raie gamma à 1809 keV (Plüschke 2001) • flux GC ~ 4 x 10-4 ph cm-2 s-1 • source galactique • émission asymétrique • émission du Cygne • z < 200 pc Carte du ciel à 53 GHz (DMR) • similaire à l’émission libre-libre • MIS ionisé • lien avec les étoiles massives SN et étoiles Wolf-Rayet

  5. Maximum d’Entropie • la structure dans les images depend de la méthode utilisée • méthodes “pixelisées” montrent trop de structure - Maximum d’Entropie - Maximum de vraisemblence • méthode multi-résolution montre seulement la structure significative 26Al - incertitudes Multirésolution • émission galactique • émission asymétrique (nord-sud) • émission dans le Cygne Maximum de vraisemblence Plüschke 2001

  6. 26Al - distribution galactique régions HII galactiques 26Al - données COMPTEL Paladini et al. 2004 • étude de la structure galactique • influence de la métallicité sur taux 26Al Knödlseder 1997

  7. GRIS (Naya et al. 1996) Largeur de la raie 1809 keV (FWHM) 26Al - spectroscopie du centre galactique RHESSI (Smith 2003) SPI (Diehl et al. 2003) Spectre GRIS FWHM = 5.4±1.4 keV • 540 km s-1 ? • 5 x 108 K ?

  8. émission 1809 keV Cyg OB2 - 120 étoiles O 26Al - la région du Cygne Knödlseder 2000 émission infrarouge MSX Plüschke 2001

  9. Cygnus X - populations stéllaires Recensement • Base de données WEBDA • catalogue des associations OB • observations optiques / IR • 10 associations OB • 22 amas ouverts jeunes • 204 étoiles O (M > 20 Mo) • distances • âges • richesse Knödlseder et al. 2002

  10. Cygnus X - modèle multi-l DMR 53 GHz (gris) versus COMPTEL 1809 keV (contours) • correlation 1809 keV <-> 53 GHz • flux dominaté par Cyg OB2 (50%) • flux 53 GHz reproduite • flux 1809 keV sous-éstimé (facteur 2) Knödlseder et al. 2002 Mélange à l’interieur des étoiles / rotation ?

  11. 26Al - spectroscopie de la région du Cygne Flux* = (7.3 ± 0.9) x 10-5 ph cm-2 s-1 Energie** = 1808.4 ± 0.3 keV FWHM = 3.3 ± 1.3 keV * l = [ 72°, 93° ] ; b = [ -7°, 7° ] ** E26Al = 1808.65 keV E0 = 1808.4 ± 0.3 keV vrad = -41 ± 50 km s-1 Knödlseder et al. 2004 FWHM1s = 2.0 - 4.6 keV • expansion ? • turbulence ? v = 330 - 760 km s-1

  12. 60Fe - détection par RHESSI ? Flux = (5.2 ± 2.0) x 10-5 ph cm-2 s-1 10% du flux 1809 keV (26Al) 2.6 s 1172 keV 1333 keV Smith 2003 1172 + 1333 keV

  13. 44Ti - observation COMPTEL de Cas A image Chandra (rayons X mous) • Cas A • la dernière (?) supernova galactique • catalogue de Flamsted (1680) : étoile 6m • effondrement d’étoile massive (étoile à neutrons) • type Ib/Ic ? • distance ~ 3.4 kpc • spectres X indiquent mélange des éjecta • COMPTEL • observation d’une émission gamma à 1157 keV • flux  taux de 44Ti

  14. 44Ti - confirmation par BeppoSAX • BeppoSAX • observation des raies basse énergie (67.9, 78.4 keV) • fluxBeppoSAX~ (2.1 ± 0.7) x 10-5 ph cm-2 s-1 • fluxCOMPTEL+BeppoSAX ~ (2.5 ± 1.0) x 10-5 ph cm-2 s-1 • taux 44Ti ~ (0.8 - 2.5) x 10-4 Msol Vink et al. 2001

  15. 44Ti - nucléosynthèse de 44Ti • Cas A • M44 ~ (0.8-2.5) x 10-4 Msol • compatible avec modèles ? • problème du 56Ni (mV = -4m) • ionisation ? • asymmetrie ? • SPI • profile (largeur) de la raie • profile de vitesse

  16. 44Ti - une autre source dans Vela ? Carte du plan galactique COMPTEL à 1157 keV (Iyudin et al. 1998) … detection COMPTEL reste marginal RX J0852-4622 Iyudin et al. 1998

  17. 44Ti - autres sources ? Carte du ciel COMPTEL à 1157 keV (Collmar, communication privé) Cas A … ou sont les autres ?

  18. SN 1987A - un évenement exceptionnel • distance ~ 50 kpc (Grand Nuage de Magellan) • progéniteur bleue : B3I (M ~ 20 M) (mais pourquoi ?) • coquille circumstellaire riche en azote (supergeant rouge ~20000 ans avant l’explosion) • détection de 19 neutrinos  collapse NS • détection des éjecta radioactifs (raies ) • raies d’émission : mélange des éjecta, asymétries

  19. SN 1987A - observations gamma • 56Co : 847 et 1238 keV (SMM) preuve directe de la nucléosynthèse (2 x 10-4 M) • 57Co : 122 keV (OSSE) rapport isotopique57Ni / 56Ni ~ 1.5 - 2  solaire en accord avec les modèles théoriques recherche du 60Co et du 44Ti avec SPI en cours

  20. SN 1987A - surprises • Spectroscopie de la raie à 847 keV • décalage vers le rouge (844.6 ± 1.2 keV) éjection du 56Co asymétrique • élargissement de la raie  accélération des éjecta (effet Doppler) • Courbe de lumière de la raie à 847 keV • traceur de l'opacité de l'enveloppe • émission « précoce » mélange considérable des éjecta

  21. SN Ia - SN 1991 T COMPTEL flux ~ (5±2) x 10-5 ph cm-2 s-1 • SN 1991T • type Ia, sur-lumineuse (2-3 fois) • NGC 4527 (13-17 Mpc) • possible détection de 56Co • taux de 56Ni ~ 1.3-2.3 M Morris et al. 1995 spectroscopie optique : inversion des strates (C lent, Fe rapide) coalescence de deux naines blanches explosion super-Chandrasekhar  56Ni > 1.4 M  supernova sur-lumineuse

  22. SN Ia - SN 1998bu • SN 1998bu • type Ia, typique • M96 (11 Mpc) • recherche du 56Co par CGRO (OSSE : 140 jours, COMPTEL : 90 jours) • Flux < 2 x 10-5 ph cm-2 s-1 Georgii et al. 2000 • Courbe de lumières théoriques • dépend du mécanisme d’explosion • limite supérieur contrains modèles

  23. Novae - observations individuels • Novae • sources potentiels de7Be (478 keV) - CO13N (511 keV)18F (511 keV)22Na (1275 keV) - ONe26Al (1809 keV) • seulement limites superieurs • pas de source important d’26Al • detectibilité par SPI ≤ 1 kpc • possibilité de détecter le 511 keV avec le blindage de SPI

  24. Novae - emission cumulée • Novae • taux galactique ~ 35 ans-1 • taux ONe ~ 10 ans-1 • t7Be = 77 jours • t22Na = 3.8 ans ~ 7 novae visible in 7Be ~ 40 ONe novae visibles in 22Na • SPI • résolution angulaire ~ 2.5° • émission diffuse

  25. Résumé Détections

  26. Résumé Recherches

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