Гамма-излучение очень высоких энергий ( VHEGR ) обозначает гамма-излучение с энергией фотонов от 100 ГэВ ( гигаэлектронвольт ) до 100 ТэВ (тераэлектронвольт), то есть от 10 11 до 10 14 электронвольт . [1] Это приблизительно равно длинам волн от 10 -17 до 10 -20 метров или частотам от 2 × 10 25 до 2 × 10 28 Гц. Такие уровни энергии были обнаружены из излучений из астрономических источников, таких как некоторые двойные звездные системы, содержащие компактный объект . [1]Например, излучение , испускаемое от Лебедя Х-3 была измерена в диапазоне от ГэВ до EXA электронвольт -уровней. [1] Другие астрономические источники включают BL Lacertae , [2] 3C 66A [3] Маркарян 421 и Маркарян 501 . [4] Существуют различные другие источники, не связанные с известными телами. Например, в ноябре 2011 года каталог HESS содержал 64 источника [5].
Обнаружение
Инструменты для обнаружения этого излучения обычно измеряют черенковское излучение, создаваемое вторичными частицами, генерируемыми энергичным фотоном, входящим в атмосферу Земли. [3] Этот метод называется методом визуализации атмосферных черенковских изображений или IACT . Фотон высокой энергии производит световой конус, ограниченный 1 ° от исходного направления фотона. Каждый световой конус освещает около 10 000 м 2 земной поверхности. Поток 10-7 фотонов на квадратный метр в секунду может быть обнаружен с помощью современных технологий при условии, что энергия превышает 0,1 ТэВ. [3] Инструменты включают планируемую решетку черенковских телескопов , GT-48 в Крыму, MAGIC на Ла-Пальме , высокоэнергетическую стереоскопическую систему (HESS) в Намибии [6] VERITAS [7] и Чикагскую решетку воздушных потоков, которая закрылась в 2001 году. Космические лучи также производят аналогичные световые вспышки, но их можно различить по форме световой вспышки. Кроме того, наличие нескольких телескопов, одновременно наблюдающих за одним и тем же местом, может помочь исключить космические лучи. [8] Обширные атмосферные ливни частиц могут быть обнаружены для гамма-лучей выше 100 ТэВ. Для обнаружения этих потоков частиц можно использовать сцинтилляционные детекторы воды или плотные массивы детекторов частиц. [8]
Воздушные ливни из элементарных частиц, образованных гамма-лучами, также можно отличить от ливней, производимых космическими лучами, по гораздо большей глубине максимума ливня и гораздо меньшему количеству мюонов . [7]
Гамма-лучи очень высоких энергий слишком малы, чтобы показать эффект Ландау-Померанчука-Мигдала . Только магнитные поля, перпендикулярные пути фотона, вызывают образование пар, так что фотоны, идущие параллельно линиям геомагнитного поля, могут выжить в целости и сохранности, пока не встретятся с атмосферой. Эти фотоны, проходящие через магнитное окно, могут образовывать ливень Ландау – Померанчука – Мигдала. [9]
Класс | энергия | энергия | энергия | частота | длина волны | сравнение | характеристики |
---|---|---|---|---|---|---|---|
эВ | эВ | Джоули | Герц | метры | |||
1 | 1 | 0.1602 Aj | 241,8 ТГц | 1,2398 мкм | ближний инфракрасный фотон | для сравнения | |
100 ГэВ | 1 × 10 11 | 0,01602 мкДж | 2,42 × 10 25 Гц | 1,2 × 10 −17 м | Z-бозон | ||
Гамма-лучи очень высоких энергий | |||||||
1 ТэВ | 1 × 10 12 | 0,1602 мкДж | 2,42 × 10 26 Гц | 1,2 × 10 −18 м | летающий комар | производит черенковский свет | |
10 ТэВ | 1 × 10 13 | 1,602 мкДж | 2,42 × 10 27 Гц | 1,2 × 10 −19 м | воздушный поток достигает земли | ||
100 ТэВ | 1 × 10 14 | 0,01602 мДж | 2,42 × 10 28 Гц | 1,2 × 10 -20 м | мяч для пинг-понга падает с летучей мыши | вызывает флуоресценцию азота | |
Гамма-лучи сверхвысокой энергии | |||||||
1 ПэВ | 1 × 10 15 | 0,1602 мДж | 2,42 × 10 29 Гц | 1,2 × 10 −21 м | |||
10 ПэВ | 1 × 10 16 | 1,602 мДж | 2,42 × 10 30 Гц | 1,2 × 10 −22 м | потенциальная энергия мяча для гольфа на тройнике | ||
100 ПэВ | 1 × 10 17 | 0,01602 Дж | 2,42 × 10 31 Гц | 1,2 × 10 −23 м | проникать в геомагнитное поле | ||
1 ЭэВ | 1 × 10 18 | 0,1602 Дж | 2,42 × 10 32 Гц | 1,2 × 10 −24 м | |||
10 ЭэВ | 1 × 10 19 | 1.602 Дж | 2,42 × 10 33 Гц | 1,2 × 10 −25 м | выстрел из пневматической винтовки |
Важность
Гамма-лучи очень высоких энергий важны, потому что они могут выявить источник космических лучей . Они движутся по прямой (в пространстве-времени) от источника до наблюдателя. Это не похоже на космические лучи, направление движения которых изменяется магнитными полями. Источники, производящие космические лучи, почти наверняка также будут производить гамма-лучи, поскольку частицы космических лучей взаимодействуют с ядрами или электронами, производя фотоны или нейтральные пионы, которые, в свою очередь, распадаются на фотоны сверхвысокой энергии . [8]
Отношение адронов первичных космических лучей к гамма-квантам также дает ключ к разгадке происхождения космических лучей. Хотя гамма-лучи могут возникать вблизи источника космических лучей, они также могут возникать при взаимодействии с космическим микроволновым фоном посредством предельного отсечения Грейзена – Зацепина – Кузьмина выше 50 ЭэВ. [9]
Рекомендации
- ^ a b c Ихсанов, Н.Р. (октябрь 1991 г.), "Ускорение частиц и основные параметры двойных систем гамма-излучения сверхвысоких энергий", Astrophysics and Space Science , 184 (2): 297–311, Bibcode : 1991Ap & SS.184 .. 297I , DOI : 10.1007 / BF00642978 , ISSN 0004-640X
- ^ Нешпор, Ю. И .; Н. Н. Чаленко; А.А. Степанян; Калекин И.Р. Н.А. Жоголев; В.П. Фомин; В.Г. Шитов (2001). «BL Lac: новый источник гамма-излучения сверхвысоких энергий». Астрономические отчеты . 45 (4): 249–254. arXiv : astro-ph / 0111448 . Bibcode : 2001ARep ... 45..249N . DOI : 10.1134 / 1.1361316 .
- ^ а б в Нешпор, Ю. И .; А.А. Степанян; Калекин О.П .; В.П. Фомин; Н. Н. Чаленко; В.Г. Шитов (март 1998 г.). «Blazar 3C 66A: еще один внегалактический источник гамма-квантов сверхвысоких энергий». Письма об астрономии . 24 (2): 134–138. Bibcode : 1998AstL ... 24..134N .
- ^ «Астрофизика с HESS» Проверено 26 ноября 2011 .
- ^ "Каталог источников HESS" . Сотрудничество HESS. 2011 . Проверено 26 ноября 2011 года .
- ^ «Стереоскопическая система высоких энергий» . Проверено 26 ноября 2011 года .
- ^ а б Дар, Арнон (4 июня 2009 г.). «Явления высоких энергий во Вселенной». С. 3–4. arXiv : 0906.0973v1 [ astro-ph.HE ].
- ^ а б в Агаронян, Феликс (24 августа 2010 г.). "Захватывающее небо ТэВ" (PDF) . WSPC - Труды . Проверено 27 ноября 2011 года .
- ^ а б Ванков, ЛП; Inoue2, N .; Шинозаки, К. (2 февраля 2008 г.). «Гамма-лучи сверхвысоких энергий в геомагнитном поле и атмосфере» (PDF) . Проверено 3 декабря 2011 года .