INDICE
Sezione principale
• L'universo violento
• Osservare i raggi gamma
Sottosezioni
• Un intruso nel giardino: CTA
• AGN e neutrini: TXS 0506+056
• Telescopi Cherenkov
• Getti e AGN
• MAGIC
• L'amore ai tempi della
formazione delle galassie
• Carta di identità di un AGN
• raggi gamma e eventi Cherenkov
L'universo nascosto
e violento
GRUPPO ASTROFISICA DELLE
ALTISSIME ENERGIE
INAF-OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI ROMA
L'Universo come lo vediamo
o come vorremmo vederlo...
"Noi siamo termici"
Vittorio Castellani
6000 K
(visibile)
1000000(1M K)
(ultravioletto UV)
2M K
(E-UV)
L’UNIVERSO VIOLENTO
• “Processi non-termici”
• interazioni tipiche della fisica delle particelle
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
ONDE
RADIO
MICROONDE
INFRAROSSO
LUCE
VISIBILE
ULTRAVIO
LETTO
RAGGI-X
RAGGI
GAMMA
Energia
L’UNIVERSO VIOLENTO
CRAB NEBULA
OGGI
4 LUGLIO 1054 DC
COSTELLAZIONE DEL TORO
2.1 KPC DALLA TERRA
L’UNIVERSO CHE NON VEDIAMO
Ad ogni frequenza (=energia) corrisponde una diversa informazione, legata al
processo fisico di emissione e interazione di particelle e radiazione
L’UNIVERSO CHE NON VEDIAMO
Ad ogni frequenza (=energia) corrisponde una diversa informazione, legata al
processo fisico di emissione e interazione di particelle e radiazione
CENTAURUS-A
NGC 5128
DISTANZA: 4 MPC
TIPO "STARBURST"
Il "nucleo galattico attivo"
(AGN) piu' vicino alla Terra
(GALASSIA)
CENTAURUS-A
NGC 5128
DISTANZA: 4 MPC
TIPO "STARBURST"
Il "nucleo galattico attivo"
(AGN) piu' vicino alla Terra
(GALASSIA)
E ora, come li vediamo questi raggi 𝛄 ??
Energia
Satelliti gamma
LANCIO DELL'OSSERVATORIO
"GLAST" (RINOMINATO "FERMI")
11 GIUGNO 2008 18:05 CET
KENNEDY SPACE CENTER
The Fermi Observatory
A t m o s f e r a ! ! ! ma ostacolo = opportunità!
http://www.wired.it/economia/lavoro/2015/03/21/in-cinese-crisi-non-vuol-dire-affatto-pericolo-opportunita/
Atmosfera = rivelatore di raggi-γ!!
Bang supersonico
Quando un aeroplano si muove più veloce della velocità del suono, l’aria
non ha tempo sufficiente per propagare il suono. Allora si accumula e
forma un’onda d’urto (shock wave), un’onda sonora breve e intensa.
Bang supersonico
Quando un aeroplano si muove più veloce della velocità del suono, l’aria
non ha tempo sufficiente per propagare il suono. Allora si accumula e
forma un’onda d’urto (shock wave), un’onda sonora breve e intensa.
Un bang luminoso: luce Cherenkov
Luce Cherenkov: particelle cariche relativistiche con velocità superiore
alla velocità della luce nel mezzo emettono un brevissimo flash luminoso
Luce Cherenkov da sciami atmosferici
Telescopi Cherenkov
MAGIC
Telescopes
https://magic.mpp.mpg.de
28th Texas Symposium - Geneve
27 June 2018
magic.mpp.mpg.de
15th Birthday MAGIC! La Palma
https://www.facebook.com/MAGICtelescopes
28th Texas Symposium - Geneve
27 June 2018
magic.mpp.mpg.de
15th Birthday MAGIC! La Palma
https://www.facebook.com/MAGICtelescopes
15th Birthday MAGIC! La Palma
https://www.facebook.com/MAGICtelescopes
magic.mpp.mpg.de
https://www.facebook.com/MAGICtelescopes
MAGIC al femminile!
magic.mpp.mpg.de
Un intruso in giardino...
???
M2
Live webcam
http://www.lst1.iac.es/webcams.html
M1
Il futuro dell'astronomia gamma da Terra
CTA
(Cherenkov Telescope Array)
Il mistero dei neutrini e
dei raggi cosmici
LA TXS0506+056 E IC170922A CONNECTION
Un AGN come
sorgente dei
neutrini
ANTARTIDE
OSSERVATORIO ICECUBE
LA TXS0506+056 E IC170922A CONNECTION
Un AGN come
sorgente dei
neutrini
500 KM DALLA TERRA
FERMI LAT
LA TXS0506+056 E IC170922A CONNECTION
Un AGN come
sorgente dei
neutrini
500 KM DALLA TERRA
FERMI LAT
LA TXS0506+056 E IC170922A CONNECTION
Un AGN come
sorgente dei
neutrini
LA PALMA 2 OTTOBRE 2017
I TELESCOPI MAGIC
AMMASSO DI GALASSIE
MS 0735.6+7421
Costellazione Giraffa,
emisfero Sud
AMMASSO DI GALASSIE
MS 0735.6+7421
DISTANZA: 800 MPC
z=0.216
(2.6 mld di anni luce)
DIMENSIONI: ~5 MPC
Immagine ottica
HST
AMMASSO DI GALASSIE
Immagine X
Chandra
MS 0735.6+7421
DISTANZA: 800 MPC
z=0.216
(2.6 mld di anni luce)
DIMENSIONI: ~5 MPC
cavità
~700 kpc
AMMASSO DI GALASSIE
MS 0735.6+7421
DISTANZA: 800 MPC
z=0.216
(2.6 mld di anni luce)
DIMENSIONI: ~5 MPC
Immagine radio
VLA
AMMASSO DI GALASSIE
MS 0735.6+7421
DISTANZA: 800 MPC
z=0.216
(2.6 mld di anni luce)
DIMENSIONI: ~5 MPC
Nuclei galattici attivi
§ Chi alimenta questi getti di materia?
HERCULES-A
Sempre loro... buchi neri!
Nuclei galattici attivi (AGN)
§ Getto verso di noi: Blazar
AGN
nuclei galattici attivi
Processi non termici
Emissione di
raggi 𝛾
energetici!
AGN
nuclei galattici attivi
Processi non termici
Emissione di
raggi 𝛾
energetici!
AGN
nuclei galattici attivi
Processi non termici
Fermi/LAT (gamma)
Tuorla Observatory
Intensità
Emissione di
raggi 𝛾
energetici!
Stock exchange
2000-2012
Tempo
Piccola regione di emissione: variabilità rapida e intensa!
Come si formano i buchi neri supermassivi?
redshift
Distanza/Tempo
13.7 mld di anni
8.7 mld anni
z
0 (oggi)
0.2
1.0
6 mld di anni
0.4 mld anni
400.000 anni
START!
6
25
1100
Piccoli buchi neri crescono...
Courtesy Paramita Barai - SNS Pisa
Cosmology group - A. Ferrara
L'amore ai tempi della formazione delle galassie
Sempre più vicini!
NGC 3393
50 MPC DALLA TERRA
DISTANZA TRA NUCLEI: 150 PC
A
3C 75
CHANDRA
ma poi quagliano?
ovvero: "the final parsec problem"
Ma poi.... quagliano???
ALFRED HITCHCOCK (1959)
"INTRIGO INTERNAZIONALE"
DALLA SAGA 007 (1999)
"THE WORLD IS NOT ENOUGH"
Colti sul fatto!
GW150914 - GRAVITATIONAL WAVE MERGER
14 SETTEMBRE 2015 A 400 MPC DALLA TERRA
MASSE BH: 29 E 32 MASSE SOLARI
AGENTE INFORMATORE: COLLABORAZIONE LIGO-VIRGO
RAPPORTO DELL'11 FEBBRAIO 2016
Carta identità di un quasar
3C 27
quasa 9
r
5 mld
di an
ni fa
Potenza emessa (Intensità)
Coste
llazio
AR: 1
ne Ve
2h 53
m De rgine
c: -05
deg
Energia
Analisi Spettrale
§ SED
Spectral
Energy
radio
IR visibile UV X-ray
gamma-rays
Potenza emessa
Distribution
Markarian 501
1eV
Energia
1keV
1MeV 1GeV
1TeV
Analisi Spettrale
Thermal emission
§ SED
Energy
Potenza emessa
Spectral
radio
IR visibile UV X-ray
gamma-rays
Distribution
1eV
1keV
1MeV 1GeV
Energia
1TeV
Processi di emissione
Analisi morfologica
Confronto Nubi molecolari - GeV
Confronto X-ray / TeV
SNR RXJ 1713.7-3946
Raggi gamma
Come si osservano?
§ Tecniche di rivelazione
§ Strumenti/Telescopi
Come vengono prodotti?
§ Processi di emissione
§ Sorgenti astrofisiche
Vedere i raggi gamma
§ Rivelatori e tecniche di rivelazione
§ Quali informazioni si cercano?
)
i
n
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o
In col
telescopio -> rivelatore -> analisi -> risultato
Vedere i raggi gamma
§ Rivelatori e tecniche di rivelazione
§ Quali informazioni si cercano?
ú direzione (morfologia)
ú Intensita’ (flusso, curva di luce)
ú Energia (spettro)
)
i
n
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.
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l
In
o
c
Raggi gamma
eV: elettronvolt
1
1
1
1
1
1
keV=1000 eV = 103 eV
MeV = 106 eV
GeV = 109 eV
TeV = 1012 eV
PeV = 1015 eV
EeV = 1018 eV
1eV 10eV 1keV 1MeV 1GeV …
Lunghezza
d’onda
Frequenza
Energia
Dimensioni
Ottica e rivelatori
Immagine Cherenkov
IACT (Imaging Air Cherenkov
Telescopes)
Fermi/LAT (ingrandito)
Gamma
ray
Immagine del flash Cherenkov sulla
camera del telescopio
Particle
shower
Che
ren
kov
ligh
t
~ 10 km
~ 120 m
~ 1o
Ø Ricostruzione del primario
Ø particle ID
Ø direzione
Ø energia
Immagine Cherenkov
IMAGING ATMOSPHERIC CHERENKOV TELESCOPE
IACT TECHNIQUE
Sensitivity
Energy threshold
•
~ 10 km
50 GeV (trigger)
analysis: <~80 GeV (ZA~0 deg) to ~200 GeV
(ZA >~50 deg)
~ 1o
resolution ~20%
Angular performance
•
FoV: 3.5 deg opt. (~2 deg 𝛄-effective)
•
Angular resolution ~0.1 deg
ght
•
Particle
shower
kov
li
•
Fermi/LAT
~1 m2
0.6 % Crab flux E~200 GeV (50 hrs)
Che
ren
•
Gamma
ray
~ 120 m
~105 m2
Huge effective area ~105 m2