Los rayos gamma de muy alta energía ( VHEGR ) denotan radiación gamma con energías fotónicas de 100 GeV ( gigaelectronvoltio ) a 100 TeV (teraelectronvoltio), es decir, 10 11 a 10 14 electronvoltios . [1] Esto es aproximadamente igual a longitudes de onda entre 10-17 y 10-20 metros, o frecuencias de 2 × 10 25 a 2 × 10 28 Hz. Estos niveles de energía se han detectado a partir de emisiones de fuentes astronómicas, como algunos sistemas estelares binarios que contienen un objeto compacto . [1]Por ejemplo, la radiación emitida desde Cygnus X-3 se ha medido a intervalos de GeV a exa electronvolt -los niveles. [1] Otras fuentes astronómicas incluyen BL Lacertae , [2] 3C 66A [3] Markarian 421 y Markarian 501 . [4] Existen varias otras fuentes que no están asociadas con cuerpos conocidos. Por ejemplo, el catálogo HESS contenía 64 fuentes en noviembre de 2011. [5]
Detección
Los instrumentos para detectar esta radiación miden comúnmente la radiación de Cherenkov producida por partículas secundarias generadas por un fotón energético que ingresa a la atmósfera terrestre. [3] Este método se llama técnica de imágenes atmosféricas de Cherenkov o IACT . Un fotón de alta energía produce un cono de luz confinado a 1 ° de la dirección original del fotón. Aproximadamente 10.000 m 2 de la superficie terrestre están iluminados por cada cono de luz. Se puede detectar un flujo de 10 −7 fotones por metro cuadrado por segundo con la tecnología actual, siempre que la energía sea superior a 0,1 TeV. [3] Los instrumentos incluyen el planeado Cherenkov Telescope Array , GT-48 en Crimea, MAGIC en La Palma , High Energy Stereoscopic System (HESS) en Namibia [6] VERITAS [7] y Chicago Air Shower Array que cerró en 2001. Rayos cósmicos también producen destellos de luz similares, pero se pueden distinguir en función de la forma del destello de luz. Además, tener más de un telescopio observando simultáneamente el mismo lugar puede ayudar a excluir los rayos cósmicos. [8] Se pueden detectar amplias lluvias de partículas en el aire para rayos gamma por encima de 100 TeV. Se pueden utilizar detectores de centelleo de agua o conjuntos densos de detectores de partículas para detectar estas lluvias de partículas. [8]
Las lluvias de aire de partículas elementales producidas por rayos gamma también se pueden distinguir de las producidas por los rayos cósmicos por la profundidad mucho mayor de la lluvia máxima y la cantidad mucho menor de muones . [7]
Los rayos gamma de muy alta energía tienen una energía demasiado baja para mostrar el efecto Landau-Pomeranchuk-Migdal . Solo los campos magnéticos perpendiculares a la trayectoria del fotón provocan la producción de pares, de modo que los fotones que vienen en paralelo a las líneas del campo geomagnético pueden sobrevivir intactos hasta que se encuentran con la atmósfera. Estos fotones que entran por la ventana magnética pueden formar una lluvia Landau-Pomeranchuk-Migdal. [9]
Clase | energía | energía | energía | frecuencia | longitud de onda | comparación | propiedades |
---|---|---|---|---|---|---|---|
eV | eV | Julios | Hertz | metros | |||
1 | 1 | 0.1602 aJ | 241,8 THz | 1,2398 micras | fotón infrarrojo cercano | para comparacion | |
100 GeV | 1 × 10 11 | 0,01602 μJ | 2,42 × 10 25 Hz | 1,2 × 10 −17 m | Bosón Z | ||
Rayos gamma de muy alta energía | |||||||
1 TeV | 1 × 10 12 | 0,1602 μJ | 2,42 × 10 26 Hz | 1,2 × 10 −18 m | mosquito volador | produce luz Cherenkov | |
10 TeV | 1 × 10 13 | 1,602 μJ | 2,42 × 10 27 Hz | 1,2 × 10 −19 m | la ducha de aire llega al suelo | ||
100 TeV | 1 × 10 14 | 0,01602 mJ | 2,42 × 10 28 Hz | 1,2 × 10 −20 m | pelota de ping pong cayendo de un bate | hace que el nitrógeno tenga fluorescencia | |
Rayos gamma de energía ultra alta | |||||||
1 PeV | 1 × 10 15 | 0,1602 mJ | 2,42 × 10 29 Hz | 1,2 × 10 −21 m | |||
10 PeV | 1 × 10 16 | 1,602 mJ | 2,42 × 10 30 Hz | 1,2 × 10 −22 m | energía potencial de una pelota de golf en un tee | ||
100 PeV | 1 × 10 17 | 0,01602 J | 2,42 × 10 31 Hz | 1,2 × 10 −23 m | penetrar el campo geomagnético | ||
1 EeV | 1 × 10 18 | 0,1602 J | 2,42 × 10 32 Hz | 1,2 × 10 −24 m | |||
10 EeV | 1 × 10 19 | 1,602 J | 2,42 × 10 33 Hz | 1,2 × 10 −25 m | tiro de rifle de aire |
Importancia
Los rayos gamma de muy alta energía son importantes porque pueden revelar la fuente de los rayos cósmicos . Viajan en línea recta (en el espacio-tiempo) desde su fuente hasta un observador. Esto es diferente a los rayos cósmicos que tienen su dirección de viaje alterada por campos magnéticos. Es casi seguro que las fuentes que producen rayos cósmicos también producirán rayos gamma, ya que las partículas de rayos cósmicos interactúan con núcleos o electrones para producir fotones o piones neutros que a su vez se desintegran en fotones de energía ultra alta . [8]
La relación entre los hadrones de los rayos cósmicos primarios y los rayos gamma también da una pista sobre el origen de los rayos cósmicos. Aunque los rayos gamma podrían producirse cerca de la fuente de rayos cósmicos, también podrían producirse por interacciones con el fondo cósmico de microondas a través del límite de corte de Greisen-Zatsepin-Kuzmin por encima de 50 EeV. [9]
Referencias
- ^ a b c Ikhsanov, NR (octubre de 1991), "Aceleración de partículas y parámetros principales de binarios de rayos gamma de energía ultra alta", Astrofísica y ciencia espacial , 184 (2): 297–311, Bibcode : 1991Ap y SS.184 .. 297I , doi : 10.1007 / BF00642978 , ISSN 0004-640X
- ^ Neshpor, Yu I .; NN Chalenko; AA Stepanian; O Kalekin; NA Jogolev; VP Fomin; VG Shitov (2001). "BL Lac: Una nueva fuente de rayos gamma de energía ultra alta". Informes de astronomía . 45 (4): 249-254. arXiv : astro-ph / 0111448 . Código Bibliográfico : 2001ARep ... 45..249N . doi : 10.1134 / 1.1361316 .
- ^ a b c Neshpor, Yu I .; AA Stepanyan; OP Kalekin; VP Fomin; NN Chalenko; VG Shitov (marzo de 1998). "Blazar 3C 66A: Otra fuente extragaláctica de fotones de rayos gamma de energía ultra alta". Cartas de astronomía . 24 (2): 134-138. Código Bibliográfico : 1998AstL ... 24..134N .
- ^ "Astrophysics with HESS" Consultado el 26 de noviembre de 2011 .
- ^ "El catálogo de fuentes de HESS" . Colaboración HESS. 2011 . Consultado el 26 de noviembre de 2011 .
- ^ "Sistema estereoscópico de alta energía" . Consultado el 26 de noviembre de 2011 .
- ^ a b Dar, Arnon (4 de junio de 2009). "Fenómenos de alta energía en el universo". págs. 3–4. arXiv : 0906.0973v1 [ astro-ph.HE ].
- ^ a b c Aharonian, Felix (24 de agosto de 2010). "El fascinante cielo de TeV" (PDF) . WSPC - Actas . Consultado el 27 de noviembre de 2011 .
- ^ a b Vankov, HP; Inoue2, N .; Shinozaki, K. (2 de febrero de 2008). "Rayos gamma de energía ultra alta en campo geomagnético y atmósfera" (PDF) . Consultado el 3 de diciembre de 2011 .