Gama ışını astronomisi - Gamma-ray astronomy

Fermi Gama Işını Uzay Teleskobu tarafından beş yıllık gözlemde (2009'dan 2013'e) toplanan, 1 GeV'nin üzerindeki enerjilerde gökyüzünün incelenmesi.
100 MeV'nin üzerindeki enerjilerde gökyüzü , Compton Gama Işını Gözlemevi (CGRO) uydusunun (1991–2000) Enerjik Gama Işını Deney Teleskobu (EGRET) tarafından gözlemlendi .
Enerjik Gama Işını Deney Teleskobu (EGRET) tarafından 20 MeV'den büyük gama ışınlarında görülen Ay . Bunlar , yüzeyinin kozmik ışın bombardımanı ile üretilir .

Gama ışını astronomi olan astronomik gözlem ve gama ışınları , en enerjik bir şekilde elektromanyetik radyasyon ile fotonlar 100 üzerinde  keV . 100 keV'nin altındaki radyasyon, X-ışınları olarak sınıflandırılır ve X-ışını astronomisinin konusudur .

Bilinen çoğu durumda, güneş patlamalarından ve Dünya atmosferinden gelen gama ışınları MeV aralığında üretilir, ancak artık GeV aralığındaki gama ışınlarının güneş patlamaları tarafından da üretilebileceği bilinmektedir. GeV aralığındaki gama ışınlarının Güneş Sistemi'nden kaynaklanmadığına inanılıyordu . GeV gama ışınları güneş dışı ve özellikle gökada dışı astronomi çalışmalarında önemli olduğundan, yeni gözlemler önceki bazı modelleri ve bulguları karmaşıklaştırabilir.

Gama ışınlarını yayan mekanizmalar çeşitlidir, çoğunlukla X-ışınları yayanlarla aynıdır, ancak elektron-pozitron yok edilmesi , ters Compton etkisi ve bazı durumlarda ayrıca radyoaktif maddenin bozunması (gama bozunması) dahil olmak üzere daha yüksek enerjilerde uzayda aşırı yansımayı yansıtır. süpernova ve hipernova gibi olaylar ve maddenin pulsarlarda ve blazarlarda olduğu gibi aşırı koşullar altındaki davranışı .

18 Mayıs 2021 tarihli bir basın açıklamasında, Çin'in Büyük Yüksek İrtifa Hava Duşu Gözlemevi (LHAASO), enerjileri 1 peta-elektron-volt'u (katrilyon elektron-volt veya PeV) aşan bir düzine ultra yüksek enerjili gama ışınlarının tespit edildiğini bildirdi. 1,4 PeV'de, şimdiye kadar gözlemlenen en yüksek enerjili foton. Raporun yazarları, bu PeV gama ışınlarının kaynaklarını PeVatron olarak adlandırdı.

dedektör teknolojisi

Gama ışınlarının gözlemlenmesi ilk olarak 1960'larda mümkün oldu. Gözlemleri, X-ışınları veya görünür ışığınkinden çok daha problemlidir, çünkü gama ışınları nispeten nadirdir, hatta "parlak" bir kaynak bile tespit edilmeden önce birkaç dakikalık bir gözlem süresine ihtiyaç duyar ve gama ışınlarının zor olması nedeniyle. odaklanmak için çok düşük bir çözünürlükle sonuçlanır. En yeni nesil gama ışını teleskopları (2000'ler), GeV aralığında ( Yengeç Bulutsusu'nu tek bir "piksel" olarak görmek) 6 ark dakikası mertebesinde bir çözünürlüğe sahiptir , düşük enerjili X'te görülen 0,5 ark saniyesine kıyasla Chandra X-ışını Gözlemevi (1999) tarafından -ray (1 keV) aralığı ve Yüksek Enerji Odaklı Teleskopu (2005) tarafından görülen yüksek enerji X-ışını (100 keV) aralığında yaklaşık 1.5 ark dakikası .

~30 GeV üzerinde foton enerjileri olan çok enerjik gama ışınları da yer tabanlı deneylerle tespit edilebilir. Bu kadar yüksek enerjilerdeki aşırı düşük foton akıları, mevcut uzay tabanlı cihazlar için pratik olarak büyük olmayan dedektör etkili alanları gerektirir. Bu tür yüksek enerjili fotonlar, atmosferde, hem doğrudan radyasyon sayaçları ile hem de ultra-göreceli duş parçacıklarının yaydığı Cherenkov ışığı aracılığıyla optik olarak, zeminde gözlemlenebilen geniş ikincil parçacık yağmurları üretir . Görüntüleme Atmosferik Cherenkov Teleskop tekniği şu anda en yüksek hassasiyeti başarır.

Yayılan TeV aralığında Gama radyasyonu Yengeç Bulutsusu ilk tarafından 1989 yılında tespit edildi Fred Lawrence Whipple Observatory at Mt. Hopkins içinde, Arizona ABD'de. HESS , VERITAS , MAGIC ve CANGAROO III gibi modern Cherenkov teleskop deneyleri , Yengeç Bulutsusu'nu birkaç dakika içinde tespit edebilir. En enerjik fotonlar (en fazla 16 TeV bir extragalactic nesneden gözlenmiştir) kaynaklanan Blazar , Markarian 501 (Mrk 501). Bu ölçümler Yüksek Enerji-Gama Işını Astronomi ( HEGRA ) hava Cherenkov teleskopları tarafından yapıldı.

Gama ışını astronomi gözlemleri, daha düşük enerjilerde gama ışını olmayan arka planlarla ve daha yüksek enerjide tespit edilebilen fotonların sayısıyla hala sınırlıdır. Daha büyük alan dedektörleri ve daha iyi arka plan bastırma, sahada ilerleme için gereklidir. 2012'deki bir keşif, gama ışını teleskoplarına odaklanmaya izin verebilir. 700 keV'den büyük foton enerjilerinde, kırılma indisi tekrar artmaya başlar.

Erken tarih

Deneyler, kozmik kaynaklardan yayılan gama ışınlarını tespit etmeden çok önce, bilim adamları evrenin onları üretmesi gerektiğini biliyorlardı. Work Eugene Feenberg ve Henry Primakoff 1948 yılında, Sachio Hayakawa özellikle, 1952 yılında IB Hutchinson ve, Philip Morrison 1958 yılında bilim yol vardı evrende meydana gelen farklı işlemlerden bir dizi gama ışını emisyona neden olacağına inanmak için . Bu süreçler dahil kozmik ışın ile etkileşimleri yıldızlararası gaz , süpernova patlamaları ve enerjik etkileşimlerini elektronların ile manyetik alanlar . Ancak, bu emisyonları gerçekten tespit etme yeteneğimiz 1960'lara kadar gerçekleşmedi.

Uzaydan gelen gama ışınlarının çoğu Dünya'nın atmosferi tarafından emilir, bu nedenle gama ışını astronomisi, balonlar ve uzay araçları kullanarak atmosferin tamamının veya çoğunun üzerinde dedektörler elde etmek mümkün olana kadar gelişemezdi . 1961'de Explorer 11 uydusunda yörüngeye taşınan ilk gama ışını teleskopu, 100'den az kozmik gama ışını fotonu aldı. Evrendeki her yönden geliyor gibi göründüler, bir tür tek tip "gama ışını arka planı" nı ima ettiler. Böyle bir arka plan, kozmik ışınların (uzayda çok enerjik yüklü parçacıklar) yıldızlararası gazla etkileşiminden beklenebilirdi.

İlk gerçek astrofiziksel gama ışını kaynakları, Morrison tarafından tahmin edilen güçlü 2.223 MeV çizgisini ortaya çıkaran güneş patlamalarıydı. Bu çizgi, bir nötron ve protonun birleşmesi yoluyla döteryum oluşumundan kaynaklanır; bir güneş patlamasında nötronlar, alevlenme sürecinde hızlanan yüksek enerjili iyonların etkileşimlerinden ikincil olarak ortaya çıkar. Bu ilk gama ışını çizgisi gözlemleri, OSO 3 , OSO 7 ve 1980'de fırlatılan ikinci uzay aracı olan Solar Maximum Mission'dandı . Güneş gözlemleri, Reuven Ramaty ve diğerlerinin teorik çalışmalarına ilham verdi .

Galaksimizden önemli gama ışını emisyonu ilk olarak 1967'de OSO 3 uydusundaki dedektör tarafından tespit edildi . Kozmik gama ışınlarına atfedilebilecek 621 olay tespit etti. Bununla birlikte, gama ışını astronomi alanı, SAS-2 (1972) ve Cos-B (1975–1982) uyduları ile büyük atılımlar yaptı . Bu iki uydu, yüksek enerjili evrene (bazen 'şiddetli' evren olarak da adlandırılır, çünkü uzayda gama ışınları üreten olay türleri yüksek hızlı çarpışmalar ve benzer süreçler olma eğiliminde olduğundan) için heyecan verici bir görünüm sağladı. Gama ışını arka planının daha önceki bulgularını doğruladılar, gama ışını dalga boylarında gökyüzünün ilk ayrıntılı haritasını ürettiler ve bir dizi nokta kaynağı tespit ettiler. Ancak cihazların çözünürlüğü, bu nokta kaynaklarının çoğunu belirli görünür yıldızlar veya yıldız sistemleri ile tanımlamak için yetersizdi.

Gama ışını astronomisinde bir keşif, 1960'ların sonlarında ve 1970'lerin başlarında, askeri savunma uydularından oluşan bir takımyıldızdan geldi. Nükleer bomba patlamalarından kaynaklanan gama ışınlarının parlamalarını tespit etmek için tasarlanan Vela uydu serisindeki dedektörler , Dünya çevresinden ziyade derin uzaydan gelen gama ışınları patlamalarını kaydetmeye başladı. Daha sonraki dedektörler, bu gama ışını patlamalarının bir saniyeden dakikalara kadar sürdüğünü , beklenmedik yönlerden aniden ortaya çıktığını , titrediğini ve gama ışını gökyüzüne kısa bir süre hakim olduktan sonra söndüğünü belirledi. 1980'lerin ortalarından bu yana, Sovyet Venera uzay aracı ve Pioneer Venus Orbiter dahil olmak üzere çeşitli uydular ve uzay sondalarında bulunan aletlerle çalışılan bu esrarengiz yüksek enerjili flaşların kaynakları bir sır olarak kalıyor. Evrende çok uzaklardan geliyor gibi görünüyorlar ve şu anda en olası teori, en azından bazılarının sözde hipernova patlamalarından geldiği görünüyor - süpernovalar nötron yıldızları yerine kara delikler yaratıyor .

4 ve 7 Ağustos 1972 ve 22 Kasım 1977'deki güneş patlamalarından nükleer gama ışınları gözlemlendi . Bir güneş patlaması , güneş atmosferinde bir patlamadır ve ilk olarak Güneş'te görsel olarak tespit edilmiştir . Güneş patlamaları, en uzun dalga boyundan, radyo dalgalarından yüksek enerjili gama ışınlarına kadar tüm elektromanyetik spektrumda büyük miktarda radyasyon oluşturur . Parlama sırasında enerjilenen yüksek enerjili elektronların ve gama ışınlarının korelasyonlarına çoğunlukla yüksek enerjili protonların ve diğer ağır iyonların nükleer kombinasyonları neden olur. Bu gama ışınları gözlemlenebilir ve bilim adamlarının diğer dalga boylarından gelen emisyonlar tarafından sağlanmayan salınan enerjinin ana sonuçlarını belirlemesine izin verir.

Ayrıca bkz. Magnetar#1979 yumuşak bir gama tekrarlayıcının keşif algılaması .

1980'lerden 1990'lara

Compton, Uzay Mekiği tarafından yörüngeye bırakıldı, 1991

19 Haziran 1988'de Birigüi'den (50° 20' B, 21° 20' G) 10:15 UTC'de iki NaI(Tl) dedektörü taşıyan bir balon fırlatma gerçekleşti (600 cm- 2 , 6 saatlik bir toplam gözlem süresi 5.5 mb bir hava basıncı yüksekliği toplam alan). Süpernova içinde SN1987A Büyük Macellan Bulutu (LMC) 23 Şubat 1987, ve bunun atası, üzerinde keşfedildi sanduleak -69 202 , bir oldu mavi süperdev 2-5 parlaklığındaki ile × 10 38 erg / sn. 56 Co bozunmasından 847 keV ve 1238 keV gama ışını hatları tespit edildi.

1977'deki Yüksek Enerji Astronomi Gözlemevi programı sırasında NASA , gama ışını astronomisi için "büyük bir gözlemevi" inşa etme planlarını duyurdu. Compton Gama Işını Gözlemevi (Bu teleskop) 1991 yılında başlatıldı 1980'lerde dedektör teknolojisindeki büyük gelişmeler yararlanmak için tasarlanmış edildi ve uydu ölçüde gama ışını gözlem mekansal ve zamansal çözünürlüğe geliştirdik dört ana enstrümanlar taşınan . CGRO, Evrenimizdeki yüksek enerjili süreçleri anlamamızı geliştirmek için kullanılan büyük miktarda veri sağladı. CGRO, stabilize edici jiroskoplarından birinin arızalanmasının bir sonucu olarak Haziran 2000'de yörüngeden çıktı .

BeppoSAX 1996'da fırlatıldı ve 2003'te yörüngeden ayrıldı. Ağırlıklı olarak X-ışınlarını inceledi, ancak aynı zamanda gama-ışını patlamalarını da gözlemledi. Gama ışını patlamalarının ilk gama ışını olmayan karşılıklarını belirleyerek, onların kesin konum belirlemelerinin ve uzak galaksilerdeki sönümleme kalıntılarının optik olarak gözlemlenmesinin yolunu açtı.

Yüksek Enerji Geçici Explorer 2 (HETE-2) (2 itibari yıllık göreve) Ekim 2000'de başlayan ve Mart 2007'de Mart 2008'de sona eren HETE-2 misyon hala operasyonel (ama solma) oldu.

2000'ler ve 2010'lar

Daha fazla bilgi: Pulsar ve Blazar
Fermi tarafından üç yıllık gözlemde (2009-2011) toplanan 1 GeV üzerindeki enerjilerde gökyüzünün ilk araştırması .
Fermi İkinci Gama Işını Kaynakları Kataloğu iki yılda oluşturuldu. 1 GeV'den büyük enerjileri gösteren tüm gökyüzü görüntüsü. Daha parlak renkler gama ışını kaynaklarını gösterir.

Bir NASA uzay aracı olan Swift , 2004 yılında fırlatıldı ve gama ışını patlaması gözlemleri için BAT aletini taşıyor. BeppoSAX ve HETE-2'yi takiben, patlamaların sayısız X-ışını ve optik karşılıklarını gözlemleyerek, mesafe belirlemelerine ve ayrıntılı optik takibe yol açtı. Bunlar, çoğu patlamanın uzak galaksilerdeki büyük kütleli yıldızların ( süpernovalar ve hipernovalar ) patlamalarından kaynaklandığını belirledi . 2021 itibariyle Swift çalışır durumda kalır.

Şu anda (diğer) ana uzay tabanlı gama-ışını gözlemevi olan İNTEGRAL (Uluslararası Gama Işını Astrofizik Laboratuvarı), Fermi ve ÇEVİK (Astro-rivelatore Gama bir Immagini Leggero).

  • INTEGRAL (17 Ekim 2002'de başlatıldı) Çek Cumhuriyeti , Polonya, ABD ve Rusya'nın ek katkılarıyla bir ESA görevidir .
  • AGILE , ASI , INAF ve INFN işbirliği ile tamamen İtalyan küçük bir misyondur . Hint PSLV -C8 roketi tarafından 23 Nisan 2007'de Sriharikota ISRO üssünden başarıyla fırlatıldı .
  • Fermi , NASA tarafından 11 Haziran 2008'de fırlatıldı. Gama ışını patlamalarını incelemek için LAT, Geniş Alan Teleskopu ve GBM, Gama Işını Patlama Monitörü içerir.
Samanyolu'nun kalbinde iki devasa gama ışını balonu kavramı.

Kasım 2010'da, Fermi Gama Işını Uzay Teleskobu kullanılarak , Samanyolu'nun kalbinde, yaklaşık 25.000 ışıkyılı genişliğinde iki devasa gama ışını kabarcığı tespit edildi . Bu yüksek enerjili radyasyon kabarcıklarının, devasa bir kara delikten patladığından veya milyonlarca yıl önce yıldız oluşumlarının patlamasının kanıtlarından şüpheleniliyor . Bilim adamları "gökyüzünü kaplayan arka plan gama ışınlarının sisini" filtreledikten sonra keşfedildiler. Bu keşif, Samanyolu'nun merkezinde bilinmeyen büyük bir "yapının" olduğuna dair önceki ipuçlarını doğruladı.

2011 yılında Fermi ekibi, uydunun Geniş Alan Teleskobu (LAT) tarafından tespit edilen ve en yüksek enerjili ışık formuyla parlayan 1.873 nesneden oluşan bir envanter üreten ikinci gama ışını kaynakları kataloğunu yayınladı. Kaynakların %57'si blazarlardır . Kaynakların yarısından fazlası aktif galaksilerdir , merkezi karadelikler LAT tarafından tespit edilen gama ışını emisyonları yarattı. Kaynakların üçte biri diğer dalga boylarında tespit edilmemiştir.

Yer tabanlı gama ışını gözlemevleri arasında HAWC , MAGIC , HESS ve VERITAS bulunur . Yer tabanlı gözlemevleri, etkili alanları bir uydudan çok daha büyük olabileceğinden, uzay tabanlı gözlemevlerinden daha yüksek bir enerji aralığını araştırır.

Son gözlemler

Nisan 2018'de, uzaydaki yüksek enerjili gama ışını kaynaklarının şimdiye kadarki en büyük kataloğu yayınlandı.

2020'de bazı yıldız çapları gama ışını yoğunluğu interferometrisi kullanılarak ölçüldü .

Ayrıca bakınız

Referanslar

Notlar

alıntılar

Dış bağlantılar