Gamma-Ray Space Telescope

(1)

Gamma-Ray Space Telescope

Andreas Kornmayer 19.12.08

(2)

Gliederung

 Geschichte der Gamma-Astronomie

 EGRET-Excess



Das Neutralino



Neutralino Annihilation



Kosmologisches Modell



Interpretation



Folgen

 Fermi ( Gamma Ray Space Telescope)



GBM



LAT



Vergleich: EGRET und LAT

 Aussichten

(3)

Geschichte der

Gamma-Astronomie

 1950er: Vorhersagen über

Gammastrahlenemission unserer Galaxis

 1962: Mit Ranger-3 wird die diffuse Gamma- Hintergrundstrahlung entdeckt

 1967: Die Satelliten Vela 4a und b beobachten den ersten Gamma-Ray Burst

 70er-90er: Diverse Teleskop, Ballon oder Satelliten gestützte Experimente

(COS-B, Whipple …)

(4)

Geschichte der

Gamma-Astronomie

 1991: CGRO wird gestartet. An Bord:



BATSE – Burst And Transient Source Experiment



OSSE – Oriented Scintillation Spectrometer Experiment



COMPTEL – COMPton TELescope



EGRET – Energetic Gamma Ray Experiment

Telescope

(5)

EGRET Daten

Dritter EGRET Katalog: 271 Punktquellen

(6)

Der EGRET-Excess

 Überschuss in allen Himmelsrichtungen vorhanden

 Beiträge zum Modell:



Inverse

Comptonstreuung



Bremsstrahlung



Pionzerfall

(7)

Dunkle Materie

 Lösung für



Rotationskurven der Galaxien



Gesamtmasse des Universums



Überschuss der diffusen

Gammastrahlung über

1 GeV???

(8)

Supersymmetrie

(9)

Das Neutralino (χ)

 Linear Kombination von Photino, Zino und Higgsino

 Annahmen:



Massiv



Schwach wechselwirkend



Neutral



Spin ½ Majorana Teilchen



Sein eigenes Antiteilchen



Kann mit sich selbst annihilieren

(10)

...

versum frühen Uni

Im



 n n



n n

_

n

_P _P _e _

s cm H n

3

10

26

2 v

v out -

Freeze













Dichte Relikt



(11)

Neutalino Annihilation

(12)

Interpretation des Überschusses

 Form des Hintergrundes aus Fixed-Target pp

Kollisionen

 Form der DMA aus Elektron-Positron- Vernichtung

 2 Parameter Fit

 WIMP-Masse ≤ 70 GeV

 Substruktur in

Galaktischer Ebene

(13)

Ringstruktur der Dunklen Materie

(14)

Kritik

Occam`s Racor

 Fehler in der Modellierung des Hintergrundes

 Systematischer Fehler in der Kalibrierung des

Detektors

(15)

(16)

Missionsdaten

 Gewicht: 4303 kg

 Größe: 2,8 m hoch 2,5 m Ø

 Energieverbrauch:

1500 Watt

 Orbit: 560 km

 Am 11. Juni 2008

von Cape Canaveral

gestartet

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Anforderungen an die Instrumente

Large Area Telescope (LAT)

GLAST Burst Monitor (GBM)

 Großes „Blickfeld“, über 2 sr

 Messgenauigkeit von 1 arcmin

 Energiebereich von 30 MeV bis 300 GeV

 Kurze Messzeiten

 Lange Lebensdauer

 Fähigkeit die Signale der Kosmischen Strahlung zu verwerfen



Überwachung des

gesamten Himmels zu jedem Zeitpunkt



Großes Energiespektrum



Gute Zeitauflösung

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GLAST Burst Monitor (GBM)

 12 NaI und 2 BGO Szintillatoren

 Energiebereich: 8 keV bis 30 MeV

 Dünne Form und Ausrichtung

Richtungsbestimmung möglich

 Gamma-Ray Bursts

 Sonneneruptionen

 …

(19)

Large Area Telescope (LAT)

 Silizium-Streifen- Detektoren

 Antikoinzidenz Detektor (ACD)

 Kalorimeter

 System zur

Datengewinnung

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Wie entsteht ein Signal?

1) γ tritt in LAT ein 2) Paarbildung an

Wolframfolie

3) Spurdetekor kann Flugbahn des e⁺-e^— Paares verfolgen

4) Energiebestimmung im Kalorimeter

5) Teilchen der Kosmischen Strahlung erzeugen

Signal in ACDVeto

(21)

Vergleich: EGRET und LAT

EGRET LAT

Energy Range 20 MeV bis 30 GeV 20 MeV bis 300 GeV

Field of View 0.5 sr 2.4 sr

Angular Resolution 5.8° (100 MeV) < 3.5° (100 MeV)

< 0.15° (>10 GeV)

Peak Effective Area 1500 cm

²

13000 cm²

Point Source Sensitivity 5 10

^-8

cm

^-2

s

^-1

0.16 10

^-8

cm

^-2

s

^-1

Deadtime per Event 100 ms < 100 μs

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Aussichten

(23)

Quellen

 Sander, Christian: Interpretation des Überschusses in

diffuser galaktischer Gamma-Strahlung oberhalb 1 GeV als Annihilationssignal Dunkler Materie

 Vorlesung Kosmologie WS08/09 Prof. de Boer

 http://fermi.gsfc.nasa.gov/

 http://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/main/index.html