Гамма-излучение очень высокой энергии
Гамма-лучи очень высоких энергий ( VHEGR ) обозначают гамма-излучение с энергиями фотонов от 100 ГэВ ( гигаэлектронвольт ) до 100 ТэВ (тераэлектронвольт), т. е. 10 11 до 10 14 электронвольты . [1] Это примерно равно длины волн от 10 −17 и 10 −20 метров, или частоты 2 × 10 25 до 2 × 10 28 Гц. Такие уровни энергии были обнаружены по выбросам астрономических источников, таких как некоторые двойные звездные системы, содержащие компактный объект . [1] Например, излучение, испускаемое Лебедем X-3, было измерено в диапазоне от ГэВ до эксаэлектронвольт - уровней. [1] Другие астрономические источники включают BL Lizardae , [2] 3С 66А [3] Маркарян 421 и Маркарян 501 . [4] Существуют и другие источники, не связанные с известными телами. Например, в ноябре 2011 г. каталог HESS содержал 64 источника. [5]
Обнаружение
[ редактировать ]Приборы для обнаружения этого излучения обычно измеряют черенковское излучение , создаваемое вторичными частицами, образующимися из энергичного фотона, попадающего в атмосферу Земли. [3] Этот метод называется методом визуализации атмосферы Черенкова или IACT . Фотон высокой энергии создает конус света, ограниченный 1 ° от исходного направления фотона. Около 10 000 м 2 поверхности Земли освещается каждым конусом света. Поток 10 −7 Фотоны на квадратный метр в секунду можно обнаружить с помощью современных технологий при условии, что энергия превышает 0,1 ТэВ. [3] В число инструментов входят запланированная черенковская телескопическая решетка , GT-48 в Крыму, MAGIC на Ла-Пальме , стереоскопическая система высоких энергий (HESS) в Намибии. [6] ВЕРИТАС [7] и Чикагский воздушный душ, который закрылся в 2001 году. Космические лучи также производят подобные вспышки света, но их можно отличить по форме световой вспышки. Кроме того, одновременное наблюдение одного и того же места несколькими телескопами может помочь исключить космические лучи. [8] Обширные воздушные ливни частиц можно обнаружить для гамма-лучей с энергией выше 100 ТэВ. Для обнаружения этих ливней частиц можно использовать сцинтилляционные детекторы воды или плотные массивы детекторов частиц. [8]
Воздушные ливни элементарных частиц, образованные гамма-лучами, также можно отличить от ливней, порождаемых космическими лучами, гораздо большей глубиной максимума ливня и гораздо меньшим количеством мюонов . [7]
Гамма-лучи очень высокой энергии имеют слишком низкую энергию, чтобы проявлять эффект Ландау-Померанчука-Мигдала . Только магнитные поля, перпендикулярные пути фотона, вызывают образование пар, так что фотоны, идущие параллельно силовым линиям геомагнитного поля, могут выжить в целости и сохранности, пока не встретятся с атмосферой. Эти фотоны, прошедшие через магнитное окно, могут создать ливень Ландау–Померанчука–Мигдала. [9]
| Сорт | энергия | энергия | энергия | частота | длина волны | сравнение | характеристики |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| эВ | эВ | Джоули | Герц | метры | |||
| 1 | 1 | 0,1602 аДж | 241,8 ТГц | 1,2398 мкм | фотон ближнего инфракрасного диапазона | 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 высокой энергии | |||||||
| 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 | 1602 мкДж | 2.42 × 10 27 Гц | 1.2 × 10 −19 м | воздушный душ достигает земли | ||
| 100 ТэВ | 1 × 10 14 | 0,01602 мДж | 2.42 × 10 28 Гц | 1.2 × 10 −20 м | мячик 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 ти | ||
| 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
[ редактировать ]Гамма-лучи очень высоких энергий имеют важное значение, поскольку они могут раскрыть источник космических лучей . Они путешествуют по прямой линии (в пространстве-времени) от источника к наблюдателю. Это не похоже на космические лучи, направление движения которых искажается магнитными полями. Источники, производящие космические лучи, почти наверняка будут также производить и гамма-лучи, поскольку частицы космических лучей взаимодействуют с ядрами или электронами, образуя фотоны или нейтральные пионы , которые, в свою очередь, распадаются на фотоны сверхвысокой энергии . [8]
Отношение первичных адронов космических лучей к гамма-лучам также дает ключ к разгадке происхождения космических лучей. Хотя гамма-лучи могут рождаться вблизи источника космических лучей, они также могут возникать в результате взаимодействия с космическим микроволновым фоном посредством предельного ограничения Грейзена-Зацепина-Кузьмина выше 50 ЭэВ. [9]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Ихсанов Н.Р. (октябрь 1991 г.), «Ускорение частиц и основные параметры двойных гамма-лучей сверхвысоких энергий», Астрофизика и космические науки , 184 (2): 297–311, Бибкод : 1991Ap&SS.184..297I , doi : 10.1007/BF00642978 , ISSN 0004-640X , S2CID 122089313
- ^ Neshpor, Yu I.; N. N. Chalenko; A. A. Stepanian; O. R. Kalekin; N. A. Jogolev; V. P. Fomin; V. G. Shitov (2001). "BL Lac: A new ultrahigh-energy gamma-ray source". Astronomy Reports . 45 (4): 249–254. arXiv : astro-ph/0111448 . Bibcode : 2001ARep...45..249N . doi : 10.1134/1.1361316 . S2CID 118955434 .
- ^ Jump up to: а б с Нешпор Ю.И.; А.А. Степанян; О.П. Калекин; В.П. Фомин; Н.Н. Чаленко; В.Г. Шитов (март 1998 г.). «Блазар 3C 66A: еще один внегалактический источник гамма-фотонов сверхвысокой энергии». Письма по астрономии . 24 (2): 134–138. Бибкод : 1998AstL...24..134N .
- ^ "Астрофизика с HESS" Проверено 26 ноября 2011 г.
- ^ «Каталог исходников HESS» . Сотрудничество HESS. 2011 . Проверено 26 ноября 2011 г.
- ^ «Высокоэнергетическая стереоскопическая система» . Проверено 26 ноября 2011 г.
- ^ Jump up to: а б Дар, Арнон (4 июня 2009 г.). «Явления высоких энергий во Вселенной». стр. 3–4. arXiv : 0906.0973v1 [ astro-ph.HE ].
- ^ Jump up to: а б с Агаронян, Феликс (24 августа 2010 г.). «Очаровательное небо TeV» (PDF) . WSPC - Материалы . Проверено 27 ноября 2011 г.
- ^ Jump up to: а б Ваньков, Х.П.; Иноуэ2, Н.; Шинозаки, К. (2 февраля 2008 г.). «Гамма-лучи сверхвысокой энергии в геомагнитном поле и атмосфере» (PDF) . Проверено 3 декабря 2011 г.
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
| |
| Гамма-лучи | |
| Рентгеновские лучи | |
| Ультрафиолетовый | |
| Видимый (оптический) | |
| Инфракрасный | |
| Микроволновые печи | |
| Радио | |
| длин волн Типы | |
