View
33
Download
0
Category
Preview:
DESCRIPTION
Przyspieszanie cząstek w dżetach pozagalaktycznych. Łukasz Stawarz KIPAC, Stanford University OA, Uniwersytet Jagielloński. Pytania:. Jakie widma cząstek produkowane są w relatywistycznych dżetach galaktyk aktywnych? - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Przyspieszanie cząstek w dżetach
pozagalaktycznych
Łukasz Stawarz
KIPAC, Stanford UniversityOA, Uniwersytet Jagielloński
Pytania:
•Jakie widma cząstek produkowane są w relatywistycznych dżetach galaktyk aktywnych?
•Jakie procesy akceleracji dominują produkcje nietermicznych cząstek w dżetach pozagalaktycznych?
•Szoki vs. turbulencja (vs. rekoneksja magnetyczna?)
Dżety galaktyk aktywnych
Rj ~ 1021-1024 [cm]
MHD/HD (Perucho et
al. 07)rg ~ Ee/eB
~ 109-1021 [cm]
MC (Niemiec &
Ostrowski 04)
λe ~ c/ωe ~ 108 [cm]
PIC (Spitkovsky 05)
1022-1024 [cm]zdominowane materią ?
1016-1017 [cm]zdominowane polem magnetycznym ?
Rekoneksja magnetyczna:nie do końca zrozumiana. Tempo, wydajność, i produkowane widma
cząstek intensywnie dyskutowane w kontekście heliosfery i ziemskiej magnetosfery (np., Drake et al.
06).Rekoneksja relatywistyczna jeszcze
mniej zrozumiana! (Zenitani & Hoshino 02/08, Lyutikov & Uzdenski
03, Lyubarsky 04/06) Rekoneksja magnetyczna moze byc jedynie zroódłem turbulencji dla procesów stochastycznych typu
przyśpieszanie Fermiego.
Słońce: turbulencja i rekoneksja
Przyspieszanie stochastyczne:(oddziaływanie
cząstek z turbulencją magnetyczną w obszarach
rekoneksji pola magnetycznego w chromosferze) wyjaśnia dane obserwacyjne dotyczących
nietermicznych elektronów i jonów
w błyskach słonecznych (Liu, Petrosian+ 04/06).
Fale uderzeniowe powstają na wskutek “Coronal Mass Ejections” (CMEs) w
wewnętrznej heliosferze (~10 promieni słonecznych).
Często stowarzyszone są z “Solar Energetic Particles” (SEPs), które unoszą do 20% energii kinetycznej CME
(bardzo efektywna akceleracja!; Lin 08).Jony:
Ej ~ 1-10 GeVEtot ~ 1031 erg
Ltot ~1028 erg/s in 103 s
Elektrony:Ee ~ 0.1-1 GeV
Etot ~ 3 * 1031 ergLtot ~ 3 * 1028 erg/s in
103 s
(Mewaldt+ 04).
Słońce: fale uderzeniowe (szoki)
1) Rozmiary obszarów emisji: R ~ 1014-1016 cm2) Prędkości obszarów emisji: ~ 3-30 3) Ekwipartycja energii: UB ~ Ue >> Up
4) Pola magnetyczne: B ~ 0.1-1 G5) Odleglości od centrum: r ~ 1015-1018 cm
Modele leptonowe (Dermer & Schlickaiser 1993, Sikora, Begelman & Rees 94, Blandford & Levinson 95)
Blazary
3C 454.3
Blazary kwazarowe
Widmo energetyczneultrarelatywistycznych
elektronów:
ne()
-1.35 dla < br ~ 100
-3.35 dla > br ~ 100
konsystentne z akceleracją na frontach relatywistycznych fal uderzeniowych w plazmie zdominowanej inercją
protonów.
Kataoka+ 08: PKS 1510-089
Γ ~ 20 r ~ 1 pc , R ~ 1016 cm Ne/Np ~ 10 , B ~ 0.6 GLp ~ 2 * 1046 erg/s Le ~ 0.1 * 1046 erg/s LB ~ 0.6 * 1046 erg/s
Terminale gorące plamy
“Gorące plamy” galaktyk radiowych rozumiane są jako terminalne fale uderzeniowe formowane w miejscach oddziaływania dżetów z materią otoczenia, w których energia
kinetyczna wypływu zamieniana jest na energię wewnętrzną plazmy dżetu
(cząstki i pole magnetyczne).
Gorące plamy galaktyki radiowej Cygnus A
(dL = 250 Mpc) obserwowane w zakresach radiowym, podczerwony, optycznym, i X (Stawarz et al.
2007).
Chandra + VLAKino & Takahara 04
Szoki!UB ~ Ue >> Up
dominacja energetyczna zimnych
protonów
mp/me
Procesy rezonansowe dla rg < Rsh Hoshino+92, Amato & Arons 07
Procesy Fermiego dla rg > Rsh
Niemiec & Ostrowski 04
Blazary typu BL LacertaeGwałtowna zmienność sugeruje obszary emisji w pobliżu supermasywnej czarnej dziury, gdzie nie
spodziewamy się formowania silnych fal uderzeniowych (silne pole magnetyczne!)
Aharonian et al. (HESS Collaboration) 2007:
tvar < 200 s R < c tvar MBH ~ 109 Msun
R ~ (/100) * Rg
Wima synchrotronowe
Widma synchrotronowe obiektów BL Lacertae w zakresie UV-X nie mają charakteru potęgowego, ale mogą byc opisane jako widma
“zakrzywione” (np, typu “log-parabolic”)
F(E) ∝ E- a + b·log(E/Ecr)
(Landau+ 86, Krennrich+ 99, Giommi+ 02, Perri+ 03, Massaro+ 03, Perlman+ 05)
Mkn 501
1H 1100
Akceleracja
stochastycznaStochastyczne oddziaływanie cząstek
z turbulencją magnetyczną prowadzi
w sposob naturalny do produkcji widm energetycznych
typu“modified ultrarelativistic
Maxwellian”
trad ∝ Ex W(k) ∝ k-q a = 2-q-x
tacc(Eeq) = trad(Eeq)
(Stawarz & Petrosian 08Schlickeiser 84
Park & Petrosian 95)
n(E) E2 exp[ - (1/a) (E/Eeq)a]
Tavecchio et al. 09
Szoki/rekoneksja i turbulencja?
Ushio et al. 09:
Shocks/Reconnection ---- variable ---- broken power-law ???
Turbulent ---- steady ---- Maxwellian ???
“Płaty radiowe”
Jakie procesy akceleracji dominują w rozciągłych płatach
radiowych takich jak w pobliskiej galaktyce
Centaurus A (~8deg ~ 600 kpc)? Czy takie obiekty
mogą być źródłami promieniowania gamma?
Centaurus A:dL = 3.7 Mpc
Centaurus A: potężny
akcelerator?
Procesy stochastyczne!(Hardcastle et al. 09, Moskalenko et al. 09)
WMAPPierre Auger Observatory
Ee ~ 0.1-1 TeV
Ep ~ 10-100 EeV
Recommended