Ergebnisse der TeV TeV

Ergebnisse der

Ergebnisse der TeV TeV

Gammastrahlungsastronomie Gammastrahlungsastronomie

Was ist Gammastrahlungsastronomie? Was ist Gammastrahlungsastronomie?

Detektoren auf der Erde (H.E.S.S., Detektoren auf der Erde (H.E.S.S., Magic Magic ) )

Woher kommt Sie? Woher kommt Sie?

Zukunft ( Zukunft ( Magic Magic II, H.E.S.S. II) II, H.E.S.S. II)

Was Was ist ist TeV TeV

Gammastrahlungsastronomie?

Gammastrahlungsastronomie?

Tera Elektronen Volt sichtbares Licht ~1eV

= 10

eV E = 1 TeV

TeV – Bereich ~ f = bis

f = 10

Hz

TeV Bereich

10

10

Hz

Das Das Universum Universum im im sichtbaren sichtbaren Licht Licht (eV ( eV) )

Was Was ist ist TeV TeV Gammastrahlungsastronomie? Gammastrahlungsastronomie ?

Das Das Universum Universum im im Radio Radio -Bereich - Bereich ₍₁₀

eV)

Was ist TeV Gammastrahlungsastronomie?

Das Das Universum Universum im im Infrarot- Infrarot -Bereich Bereich ⁽¹⁰

^eV)

Was ist TeV Gammastrahlungsastronomie?

Das Das Universum Universum im im Rö R öntgen ntgen- -Bereich Bereich

Was Was ist ist TeV TeV Gammastrahlungsastronomie? Gammastrahlungsastronomie ?

(10

eV)

Das Das Universum Universum im im Gammastrahlen- Gammastrahlen - Bereich Bereich

Was Was ist ist TeV TeV Gammastrahlungsastronomie? Gammastrahlungsastronomie ?

(10

eV)

Das Das Universum Universum im im TeV- TeV - Bereich Bereich

Was ist TeV Gammastrahlungsastronomie?

Wie entsteht Gamma-Strahlung:

Inverser Inverser Compton Compton - - Effekt Effekt : : e + e + γ γ → → e + e + γ γ ( ( TeV TeV ) )

Zerfall von neutralen Pionen p + Kern → π + X

π ^o → γγ

π ^± → µ ^± ν

Photonen zeigen direkt zur Quelle

Wie entsteht Gamma-Strahlung:

MeV GeV TeV PeV EeV ZeV

Energie

Satelliten Cherenkov-

Teleskope Luftschauer

N ₂ Fluoreszenz

Weltall Auf der Erde

Nachweistechniken

Nachweistechniken : :

Nachweistechniken

Nachweistechniken : : Cherenkov Cherenkov - - Schauer Schauer

Maß Ma ß gebliche gebliche Prozesse Prozesse : :

Kern- Kern -Kern Kern- - Wechselwirkung Wechselwirkung

Zerfall Zerfall von von Pionen Pionen

Bremsstrahlung Bremsstrahlung

Paarbildung Paarbildung

Cherenkov

Cherenkov - - Effekt Effekt

Teilchen Teilchen dringt dringt mit mit TeV TeV ein ein

Analog Analog zum zum Überschallknall Ü berschallknall

a) Photon b) Proton

Cherenkov

Cherenkov -Schauer - Schauer : :

Photon verurscht Photon verurscht Kaskade Kaskade von Reaktion von Reaktion

Cherenkov Cherenkov Licht: Licht : Dauer Dauer 5ns 5ns

100 Photonen/m 100 Photonen/m² ²

Abgedeckte Abgedeckte Flä Fl äche che

~50.000 m

~50.000 m² ²

Photon

~ 10 km Teilchenschauer

C h e re n k o v -L ic h t

~ 1

~ 120 m

Cherenkov

Cherenkov -Schauer - Schauer : :

Photon

~ 10 km Teilchenschauer

C h e re n k o v -L ic h t

Bildintensitä Bildintensit ät t

→ → Energie Energie

Bildorientierung Bildorientierung

→ → Richtung Richtung

Bildform Bildform

→ → Primä Prim ärteilchen rteilchen

Cherenkov

Cherenkov - - Schauer Schauer : :

Das Das Wichtigste Wichtigste bei bei den Detektoren den Detektoren ist ist die Verschlusszeit die Verschlusszeit

Beste Beste Foto Foto -Kamera - Kamera: ~ : ~100µ 100µ s Verschlusszeit s Verschlusszeit

Cherenkov

Cherenkov - - Schauer Schauer : :

Das Das Wichtigste Wichtigste bei bei den Detektoren den Detektoren ist ist die Verschlusszeit die Verschlusszeit

Cherenkov

Cherenkov - - Schauer Schauer : :

Das Das Wichtigste Wichtigste bei bei den Detektoren den Detektoren ist ist die Verschlusszeit die Verschlusszeit

Beste Beste Foto Foto -Kamera - Kamera: ~ : ~100µ 100µ s Verschlusszeit s Verschlusszeit

Cherenkov

Cherenkov - - Schauer Schauer : :

Das Das Wichtigste Wichtigste bei bei den Detektoren den Detektoren ist ist die Verschlusszeit die Verschlusszeit

Cherenkov

Cherenkov - - Schauer Schauer : :

Das Das Wichtigste Wichtigste bei bei den Detektoren den Detektoren ist ist die Verschlusszeit die Verschlusszeit: : 10ns 10ns

Beste Beste Foto Foto -Kamera - Kamera: ~ : ~100µ 100µ s Verschlusszeit s Verschlusszeit

Detektoren

Detektoren auf auf der der Erde Erde : :

Beispiele Beispiele der der größ gr ößten ten Cherenkov Cherenkov Teleskope Teleskope

CANGAROO III

MAGIC Veritas

H.E.S.S.

Detektoren

Detektoren auf auf der der Erde Erde : : H.E.S.S. H.E.S.S.

Ort: Namibia W Ort: Namibia Wü üste ste (1800m

(1800m H Hö öhe he) )

Eigenschaften Eigenschaften : :

- - Spiegelflä Spiegelfl äche che ~107m ~107m

(pro

(pro Einheit) Einheit )

--

Durchmesser Durchmesser 13 m 13 m

- - 5 5

Gesichtsfeld Gesichtsfeld - - Energieschwelle: Energieschwelle :

100 100 GeV GeV – – 10 TeV 10 TeV

Aufbau: Aufbau :

- - 4 4 Teleskope Teleskope seit seit 2003 2003

Detektoren

Detektoren auf auf der der Erde Erde : : Magic Magic

Ort: Ort: 2200 2200 m m Hö H öhe auf der Kanarischen Insel he auf der Kanarischen Insel La Palma La Palma

Eigenschaften: Eigenschaften :

- - Spiegelflä Spiegelfl ä che che ~239m ~239m

-

-

Durchmesser Durchmesser 17 m 17 m

- - 3,5 3,5

Gesichtsfeld Gesichtsfeld - - Energieschwelle Energieschwelle : :

30GeV

30GeV – – 30 TeV 30 TeV

Aufbau: Aufbau :

- - Im Im Einsatz Einsatz seit seit 2003 2003

Was Was sind sind die die Quellen Quellen der der TeV TeV Gammastrahlungsastronomie Gammastrahlungsastronomie ? ?

Erste sensitive Durchmusterung nach neuen galaktischen Quellen

Sicht Sicht auf auf das das Milchstra Milchstra ß ß enzentrum enzentrum

Durchmusterungsregion

Pulsar Wind Nebel,

Röntgen-Binärsysteme, Unbekannt, Supernova Überreste;

Was Was sind sind Ihre Ihre Quellen? Quellen ?

Das Das Universum Universum im im TeV- TeV - Bereich Bereich

Was Was sind sind Ihre Ihre Quellen? Quellen ?

Was Was sind sind Ihre Ihre Quellen Quellen ? ? Supernova Supernova Ü Ü berreste berreste

Massereiche Massereiche Sterne Sterne implodieren implodieren am am Ende Ende eines eines relativ relativ kurzem kurzem Lebens Lebens

Abgeworfene Abgeworfene Gashü Gash ülle lle trifft trifft auf das auf das Material des

Material des Vorl Vorlä ä ufersterns ufersterns

(intensiver ( intensiver aber aber relativ relativ langsamer langsamer Sternwind

Sternwind) )

Schockfront Schockfront

~ 15% Ihrer ~ 15% Ihrer kin. Energie kin. Energie werden werden zur zur Beschleunigung Beschleunigung geladener geladener Teilchen

Teilchen verbraucht verbraucht bis bis zu zu 100TeV

100TeV

Bild: Bild : Supernova SN 1572 Supernova SN 1572

Was Was sind sind Ihre Ihre Quellen? Quellen ? Supernova Supernova Ü Ü berreste berreste

Schockwellenfront Schockwellenfront : :

Wiederholte Streuung geladener Teilchen an Wiederholte Streuung geladener Teilchen an bewegtem magnetisiertem Plasma

bewegtem magnetisiertem Plasma

Vergleichbar Vergleichbar mit mit “ “ Reiten Reiten auf einer auf einer Welle Welle ” ”

Beschleunigungen Beschleunigungen der der Teilchen Teilchen bis bis ca. 100 ca. 100 TeV TeV

Energien Energien bis bis zum zum “ “ Knie” Knie ” erklä erkl ärbar rbar

Schockwelle

Was Was sind sind Ihre Ihre Quellen Quellen ? ? Supernova Supernova Ü Ü berreste berreste

Entdeckung vom Supernova Entdeckung vom Supernova Ü Ü berresten z.B.: berresten z.B.: RX J1713- RX J1713 -3946 3946

Gamma-Spektrum

Röntgenlinien

Röntgenspektrum

Spektrum von der Supernova RX J1713 Spektrum von der Supernova RX J1713- -3946 3946

Radio & Rö Radio & R öntgenstr. = ntgenstr. = Synchrotronstr Synchrotronstr . aus hochenergetischen Elektronen . aus hochenergetischen Elektronen

Synchrotronstrahlung (z.B. bei Neutronenst Synchrotronstrahlung (z.B. bei Neutronenst.) liefert n .) liefert nö ö tige Energie fü tige Energie f ür r IC IC und neutralem und neutralem Pion Pion- -Zerfall Zerfall

Was Was sind sind Ihre Ihre Quellen? Quellen ? Supernova Supernova Ü Ü berreste berreste

Synchrotronstrahlung

Neutraler Pion- Zerfall

+

Inverser

Compton-

Prozess

Was Was sind sind Ihre Ihre Quellen? Quellen ? Plerionen/Pulsarwindnebel Plerionen/Pulsarwindnebel (PWN) (PWN)

Plerionen/Pulsarwindnebel

Plerionen/Pulsarwindnebel (PWN): (PWN):

Supernova Supernova mit mit Pulsar in der Pulsar in der Mitte, Mitte , dadurch dadurch leuchtender leuchtender Plasmanebel Plasmanebel

Das Das relativistisches relativistisches Elektronenplasma Elektronenplasma wird wird gespeist gespeist durch durch einen einen zentralen zentralen Pulsar Pulsar

Beispiel

Beispiel : : Krebs Krebs - - Nebel Nebel

St St ä ä rkste rkste TeV TeV - - Quelle Quelle

Standardkerze Standardkerze der der Gammastrahlungsastronomie Gammastrahlungsastronomie

Was Was sind sind Ihre Ihre Quellen Quellen ? ? Plerionen/Pulsarwindnebel Plerionen/Pulsarwindnebel (PWN) (PWN)

Optisch

Röntgen

Entdeckungen: z.B.: Im Galaktischen Zentrum

Feb. 04 März 04 Apr./Mai 04

Untere Untere Quelle Quelle : Binarsystem : Binarsystem mit mit Pulsar Pulsar PSR B1259-63

Entdeckungen:

Obere Quelle: J2032+4130

Noch unbekannt

Zukuft

Zukuft : H.E.S.S. II : H.E.S.S. II

Verbesserte Sensitivitä Verbesserte Sensitivit ä t t : : 4 Kleine + 1 Gro

4 Kleine + 1 Gro ß ß es es

≥ ≥ 8 Kleine 8 Kleine

Reduzierte Schwelle: Reduzierte Schwelle:

O O (20 GeV (20 GeV) )

Fertigstellung: Fertigstellung: 2008 2008 - - 09 09

Spiegeldurchmesser: Spiegeldurchmesser: 30m 30m

Spiegelfl Spiegelfl ä ä che: ca. 600m che: ca. 600m² ²

Verbesserte Verbesserte

Photosensoren mit Photosensoren mit h h ö ö herer Sensitivit herer Sensitivit ä ä t t

Weiterentwickelte Kamera Weiterentwickelte Kamera mit mit kleineren Pixels kleineren Pixels

Ausmaß Ausma ße die Gleichen wie e die Gleichen wie bei bei Magic Magic I I

Fertigstellung 2008 Fertigstellung 2008

Insgesamte Insgesamte Spiegelfl Spiegelfl ä ä che: che:

478m² 478m ²

Zukuft

Zukuft : Magic II : Magic II