Fyzikální ústav AV ČR, v. v. i.

Prezentace na téma: "Fyzikální ústav AV ČR, v. v. i."— Transkript prezentace:

1 Fyzikální ústav AV ČR, v. v. i.
Nadbytek elektronů a pozitronů v kosmickém záření Radomír Šmída Fyzikální ústav AV ČR, v. v. i.

2 Elektrony a pozitrony Elektron e- záporný náboj klidová hmotnost:
2/37 Elektrony a pozitrony Elektron e- záporný náboj klidová hmotnost: 511 keV interakce: el-mag., slabá a gravitační Pozitron e+ antičástice zaniká anihilací

3 Elektrony a pozitrony Elektron e- záporný náboj klidová hmotnost:
3/37 Elektrony a pozitrony Elektron e- záporný náboj klidová hmotnost: 511 keV interakce: el-mag., slabá a gravitační Pozitron e+ antičástice zaniká anihilací [Cer]

4 Vysokoenergetické e-, e+
4/37 Vysokoenergetické e-, e+ Urychlování: pouze e- zbytky po výbuších supernov, pulzary Sekundární: produkty interakce kosmického záření jediný zdroj e+? [Aha]

5 Vysokoenergetické e-, e+
5/37 Vysokoenergetické e-, e+ Urychlování: pouze e- zbytky po výbuších supernov, pulzary Sekundární: produkty interakce kosmického záření jediný zdroj e+? pp, p+He, α+H,... π, K  μ  e [Phy] [Mos]

6 Energetické ztráty během šíření v mezihvězdném prostředí brzdné záření
6/37 Energetické ztráty 500 pc během šíření v mezihvězdném prostředí brzdné záření synchrotronové záření inverzní Comptonův (IC) rozptyl [Zat]

7 Energetické ztráty během šíření v mezihvězdném prostředí brzdné záření
7/37 Energetické ztráty během šíření v mezihvězdném prostředí brzdné záření synchrotronové záření inverzní Comptonův (IC) rozptyl

8 Energetické ztráty během šíření v mezihvězdném prostředí brzdné záření
8/37 Energetické ztráty během šíření v mezihvězdném prostředí brzdné záření synchrotronové záření inverzní Comptonův (IC) rozptyl

9 Energetické ztráty během šíření v mezihvězdném prostředí brzdné záření
9/37 Energetické ztráty během šíření v mezihvězdném prostředí brzdné záření synchrotronové záření inverzní Comptonův (IC) rozptyl

10 Radiační doba života energetické ztráty: IC + synch. záření
10/37 Radiační doba života energetické ztráty: IC + synch. záření radiační doba e-, e+ difúzní pohyb max. vzdálenost zdrojů: 1 kpc jen blízké objekty v naší Galaxii v intervalu energií 1 GeV - 1 TeV

11 Radiační doba života energetické ztráty: IC + synch. záření
11/37 Radiační doba života energetické ztráty: IC + synch. záření radiační doba e-, e+ difúzní pohyb max. vzdálenost zdrojů: 1 kpc jen blízké objekty v naší Galaxii

12 Radiační doba života energetické ztráty: IC + synch. záření
12/37 Radiační doba života energetické ztráty: IC + synch. záření radiační doba e-, e+ difúzní pohyb max. vzdálenost zdrojů: 1 kpc jen blízké objekty v naší Galaxii

13 Radiační doba života energetické ztráty: IC + synch. záření
13/37 Radiační doba života energetické ztráty: IC + synch. záření radiační doba e-, e+ difúzní pohyb max. vzdálenost zdrojů: 1 kpc jen blízké objekty v naší Galaxii [Kob]

14 Radiační doba života energetické ztráty: IC + synch. záření
14/37 Radiační doba života energetické ztráty: IC + synch. záření radiační doba e-, e+ difúzní pohyb max. vzdálenost zdrojů: 1 kpc jen blízké objekty v naší Galaxii

15 Energetické spektrum Moskalenko & Strong: model šíření částic
15/37 Energetické spektrum Moskalenko & Strong: model šíření částic v Galaxii GALPROP [Gal] hladký pokles toku e-, e+ nad ~ 10 GeV tvar spektra: nízké vysoké energie střední

16 Energetické spektrum Moskalenko & Strong: model šíření částic
16/37 Energetické spektrum Moskalenko & Strong: model šíření částic v Galaxii GALPROP [Gal] hladký pokles toku e-, e+ nad ~ 10 GeV tvar spektra: nízké vysoké energie střední EB: extragalactic background

17 Energetické spektrum Moskalenko & Strong: model šíření částic
17/37 Energetické spektrum h Moskalenko & Strong: model šíření částic v Galaxii GALPROP [Gal] hladký pokles toku e-, e+ nad ~ 10 GeV tvar spektra: nízké vysoké energie střední d R(E) > h nejvýznamější jsou úniky částic z Galaxie (malé radiační ztráty)‏ dN/dE  D-1 E-α spektrum stejné jako ve zdroji pro D≠fce(E)‏

18 Energetické spektrum Moskalenko & Strong: model šíření částic
18/37 Energetické spektrum h Moskalenko & Strong: model šíření částic v Galaxii GALPROP [Gal] hladký pokles toku e-, e+ nad ~ 10 GeV tvar spektra: nízké vysoké energie střední d R(E) < d převažují radiační ztráty nad úniky částic z Galaxie dN/dE  E-(α+1)‏ prudký pokles je-li R < vzdálenost zdrojů

19 Energetické spektrum Moskalenko & Strong: model šíření částic
19/37 Energetické spektrum h Moskalenko & Strong: model šíření částic v Galaxii GALPROP [Gal] hladký pokles toku e-, e+ nad ~ 10 GeV tvar spektra: nízké vysoké energie střední d d < R(E) < h objem o rozměru R(E)‏ dN/dE  D-0.5 E-(α+0.5)‏ pokud D(E) obdobný spektr. index jako pro vysoké energie [Mul]

20 20/37

21 Pozorování primární částice: zastoupení izotopů pozitrony / elektrony
21/37 Pozorování primární částice: 1 GeV < E < 1 TeV stratosférické balóny (atmosférické e-, e+)‏ satelity zastoupení izotopů pozitrony / elektrony antihmota (anti He)‏ [Gri]

22 Pozorování primární částice: zastoupení izotopů pozitrony / elektrony
22/37 Pozorování primární částice: 1 GeV < E < 1 TeV stratosférické balóny (atmosférické e-, e+)‏ satelity zastoupení izotopů pozitrony / elektrony antihmota (anti He)‏ určení koeficientu difúze D  Eδ

23 Pozorování primární částice: zastoupení izotopů pozitrony / elektrony
23/37 Pozorování primární částice: 1 GeV < E < 1 TeV stratosférické balóny (atmosférické e-, e+)‏ satelity zastoupení izotopů pozitrony / elektrony antihmota (anti He)‏ [Pam]

24 Pozorování primární částice: zastoupení izotopů pozitrony / elektrony
24/37 Pozorování primární částice: 1 GeV < E < 1 TeV stratosférické balóny (atmosférické e-, e+)‏ satelity zastoupení izotopů pozitrony / elektrony antihmota (anti He)‏ [Pam]

25 ATIC: elektrony Advanced Thin spektrum elektronů blízké pulzary
25/37 ATIC: elektrony Advanced Thin Ionization Calorimeter spektrum elektronů blízké pulzary anihilace částic temné hmoty: SUSY extra-dimenze 4 balónové lety nad Antarktidou (~48 dní měření)‏

26 ATIC: elektrony Advanced Thin spektrum elektronů blízké pulzary
26/37 ATIC: elektrony Advanced Thin Ionization Calorimeter spektrum elektronů blízké pulzary anihilace částic temné hmoty: SUSY extra-dimenze GeV: ATIC: 210 GALPROP: 140 [Cha]

27 ATIC: elektrony Advanced Thin spektrum elektronů blízké pulzary
27/37 ATIC: elektrony Advanced Thin Ionization Calorimeter spektrum elektronů blízké pulzary anihilace částic temné hmoty: SUSY extra-dimenze HESS výsledky H.E.S.S.u [Ah2]

28 ATIC: elektrony Advanced Thin spektrum elektronů blízké pulzary
28/37 ATIC: elektrony Advanced Thin Ionization Calorimeter spektrum elektronů blízké pulzary anihilace částic temné hmoty: SUSY extra-dimenze zdroj musí mít úzké spektrum [Cha]

29 ATIC: elektrony Advanced Thin spektrum elektronů blízké pulzary
29/37 ATIC: elektrony Advanced Thin Ionization Calorimeter spektrum elektronů blízké pulzary anihilace částic temné hmoty: SUSY extra-dimenze neutralina produkují široké spektrum e- anihilace 620 GeV Kaluza-Klein č. [Cha]

30 PAMELA spektrometr (0.43 T)‏ rigidita = hybnost/m náboj
30/37 PAMELA Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics spektrometr (0.43 T)‏ rigidita = hybnost/m náboj Si-W kalorimetr 16 radiačních délek 0.6 jaderných interakčních délek start 500 dní měření GeV 9430 e+ [Adr]

31 PAMELA spektrometr (0.43 T)‏ rigidita = hybnost/m náboj
31/37 PAMELA Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics spektrometr (0.43 T)‏ rigidita = hybnost/m náboj Si-W kalorimetr 16 radiačních délek 0.6 jaderných interakčních délek FOV 19o x 19o 21.5 cm2 sr [Pam]

32 PAMELA spektrometr (0.43 T)‏ rigidita = hybnost/m náboj
32/37 PAMELA Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics spektrometr (0.43 T)‏ rigidita = hybnost/m náboj Si-W kalorimetr 16 radiačních délek 0.6 jaderných interakčních délek Identifikace e- / e+ poměr zastoupení částic při 10 GV: e , p e- 10, p podélný i příčný profil spršek ověřování (CERN)‏ chyba < 10-5 80% účinnost [Adr]

33 Křivky PAMELY modelová předpověď pro pozitrony pozorování PAMELY
33/37 Křivky PAMELY modelová předpověď pro pozitrony pozorování PAMELY energie < 5 GeV: sluneční cyklus nad 10 GeV: nadbytek e+ rostoucí s energií pouze sekundarní e+

34 Křivky PAMELY modelová předpověď pro pozitrony pozorování PAMELY
34/37 Křivky PAMELY modelová předpověď pro pozitrony pozorování PAMELY energie < 5 GeV: sluneční cyklus nad 10 GeV: nadbytek e+ rostoucí s energií

35 Křivky PAMELY modelová předpověď pro pozitrony pozorování PAMELY
35/37 Křivky PAMELY modelová předpověď pro pozitrony pozorování PAMELY energie < 5 GeV: sluneční cyklus nad 10 GeV: nadbytek e+ rostoucí s energií polarita slunečního magnetického pole [Adr]

36 Křivky PAMELY modelová předpověď pro pozitrony pozorování PAMELY
36/37 Křivky PAMELY modelová předpověď pro pozitrony pozorování PAMELY energie < 5 GeV: sluneční cyklus nad 10 GeV: nadbytek e+ rostoucí s energií chyba modelu kreace u pulzarů anihilace částic temné hmoty [Adr]

37 Závěr rtg. a gama záření antiprotony reliktní záření
37/37 Závěr rtg. a gama záření antiprotony reliktní záření nepřímá pozorování temné hmoty [Hoo]

38 Literatura [Adr] Adriani, O. et al.: arXiv:0810.4995 (2008)‏
[Aha] Aharonian, F. A. et al.: Nature 432 (2004)‏ [Ah2] Aharonian, F. A. et al.: arXiv: (2008)‏ [Ati] [Cer] [Cha] Chang, J. et: Nature 456 (2008)‏ [Gal] [Gri] Grimani, C. et al.: A&A 392 (2002)‏ [Hoo] Hooper, D.: arXiv: (2007)‏ [Kob] Kobayashi, T. et al.: ApJ 601 (2004)‏ [Mos] Moskalenko, I.V. & Strong, A.W.: ApJ 509 (1998)‏ [Mul] Muller, D.: Adv. Space Res. 27 (2001)‏ [Pam] [Phy] [Zat]