¿de donde vienen los rayos cosmicos de mayor energia?
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¿DE DONDE VIENEN LOS RAYOS COSMICOS
DE MAYOR ENERGIA?Diego Harari
Centro Atómico Bariloche – Instituto BalseiroImágenes del Universo – Strings@ar
Buenos Aires - 21 de diciembre 2007
Llegan a la Tierra partículascon energías fabulosas
¡¡pero apenas 1/km2/siglo !!
ORIGEN Y NATURALEZA:
UN ENIGMA QUE COMIENZA A SER REVELADO POR EL OBSERVATORIO AUGER
www.auger.org.ar
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VICTOR HESS - 1912vuela electroscopios a 5000
metros de altura. Detecta“fuente extraterrestre de
radiación penetrante”
Primer enigma:¿Rayos o Partículas?
DESCUBRIMIENTO DE LOS RAYOS COSMICOS
Los rayos cósmicos son partículas: mayoritariamente protones y otros núcleos atómicos
que llegan a la Tierra desde el espacio
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Lluvias atmosféricas extendidas:Al chocar con la atmósfera
el rayo cósmico primarioproduce una cascada de partículas secundarias
millones de partículas llegan al suelo esparcidas sobre varios km2
Descubiertas por Pierre Auger
(1936)
a altas energías se registran con
detectores de superficie y observando
la fluorescencia en el aire
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la materia esta hecha de átomos
también hay radiación electromagnética de distintas longitudes de onda (gamma, X, UV, visible, IR, radio)
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FLUJO DERAYOS
COSMICOS
1 partícula por km2 – año GZK?
Energía [eV]
(E > 1019 eV)
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1 eV: energía que adquiere un electrón acelerado por un potencial de un Voltio (las pilas comunes tienen 1.5 Voltios)
13.6 eV ligadura del electrón en el Hidrógeno
104 eV energía de un electrón en pantalla de TV
106 eV ligadura de un protón en un núcleo
1012 eV máxima energía en aceleradores
1020 eV máxima energía observada de un RC
Energías medidas en electron-Voltios [eV]
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1600 detectores de superficie espaciados 1,5 km
ocupando 3000 km2 y 24 telescopios de fluorescencia en 4 “ojos”
El Observatorio Pierre Auger:Llegan tan sólo unos pocos rayos cósmicos con muy alta energía
por cada km2 durante un siglo ¡Hace falta un detector gigante!
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OBSERVATORIO PIERRE AUGER DISEÑO UNICO
Operacion Híbrida: precisión de la calibración angular y de energía,
tests de consistencia, etc.
Detectores de Superficiegran eficiencia para detectar
lluvias en el suelo
Detectores de Fluorescenciavista complementaria
del desarrollo de la cascada
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COLABORACION AUGER~ 400 participantes
80 instituciones de 17 paísesAlemania, Argentina, Australia, Bolivia, Brasil, República Checa,
Eslovenia, España, Estados Unidos, Francia, Holanda, Inglaterra, Italia, Mexico, Polonia, Portugal, Vietnam
Argentina: TANDAR & CAB (CNEA), UNLP, UTN, IAFE, UBA, CEILAP
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Detectores de Fluorescencia
Detectores de Superficie
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Mayo 2007: Primer evento “cuádruple”
por fluorescencia
E ~ 1019 eV
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Three 8” PM Tubes
Plastic tank
White light diffusing liner
De-ionized water
Solar panel and electronic box
Commantenna
GPSantenna
Battery box
DETECTOR DE SUPERFICIE
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Ejemplo de Evento Θ~ 48º, ~ 7x1019 eV
Flash ADC tracesFlash ADC traces
Lateral density distribution
Typical flash ADC trace
Detector signal (VEM) vs time (ns)
PMT 1
PMT 2
PMT 3
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EL ENIGMA DE LOS RAYOS COSMICOS CON MAYOR ENERGIA (CERCANA A 1020 eV)
¿Qué son? protones o núcleos pesados o ....?
¿De dónde vienen? galácticos o extragalácticos?,
explosiones estelares, galaxias activas, …?
¿Los desvían los campos magnéticos (extra)galácticos?
¿Cómo se aceleran a energías millones de veces más grandes que las máximas alcanzadas en aceleradores?
¿Existe una energía límite?
¿Pierden energía en su viaje hasta nosotros?
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ALGUNAS CLAVES PARA RESOLVER EL ENIGMA
ASTRONOMIA DE RAYOS COSMICOSREQUIERE MUY ALTAS ENERGIAS(EL PROBLEMA ES QUE LLEGAN MUY POCOS)
La galaxia actúa como un gigantesco imán
que desvía a las partículas cargadas
Cuanto mayor es laenergía, menor es la
desviación
Desviación pequeña para protones con
E ~1020 eV
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Sólo pueden llegar rayos cósmicos con E > 6x1019 eV
si provienen de galaxias no muy lejanas:
no más de algunos cientos de millones de años luz
Efecto predicho por Greisen, Zatsepin y Kuzmin
en 1967
WMAPOTRA CLAVE: una reliquia del Big-Bang
impide que lleguen desde muy lejoscon mucha energía
el Universo está lleno de un fondo cósmico de radiación
que frena a los rayos cósmicos de muy alta energía Radiación cósmica de fondo
T ~2,7 K - 420 fotones / cm3
300 millonesde años luz
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El Universo hasta 300 millones de años luz
galaxias concentradas en cúmulos
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OTRA CLAVE: GALAXIAS CON NUCLEOS ACTIVOS (AGN)
Agujero negro supermasivo
Disco de materia siendo devorada
Chorros de partículasmuy energéticaseyectados
buenos candidatos para acelerar
rayos cósmicos hasta las
mayores energías
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algunas fuentes potentes (en radio)
CenA
SMC
LMC
M87
crab
Geminga
VelaCygnus Sagitario
SMC
CasA
supernovas: candidataspreferidas para E < 1018 eV
galaxias activas: candidatasplausibles para E > 1018 eV
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Galaxia Activa más cercana: Centaurus A
agujero negro central de más de 100 millones de masas solarescolisión de 2 galaxias jet relativista
( a 10 millones de años luz)
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Otro ejemplo: M87 en Virgo
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1) Datos analizados: 1 de enero 2004 al 26 de mayo 2006 Primer indicio
12/15 rayos cósmicos a menos de ~ 3º de algún AGNLa región del cielo cubierta por círculos de 3 grados alrededor de las AGN
es 1/5 del total: si las direcciones de arribo tuvieran una distribución uniforme se esperaría que, por azar, sólo 3 vinieran de esa región
2) Datos analizados: 27 de mayo 2006 al 31 de agosto 2007Test con parámetros fijados a priorien un set de datos independientes
8/13 correlaciones
Probabilidad de distribución uniforme (isotropía) < 1%
Los rayos cósmicos con E > 6x1019 eV provienen mayoritariamente de regiones a menos de ~ 300 millones de años luz en las que hay galaxias activas (AGN)
DESCUBRIMIENTO EN 2 ETAPAS
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20/27 correlaciones
(~ 6 por azar para un flujo isótropo)
Galaxias activas a menos de 250 Millones de años luz
Rayos cósmicos (3º)
CORRELACION ENTRE RAYOS COSMICOS Y AGN CERCANAS
Emin ~ 6x1019 eV
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PERSPECTIVASIdentificar fuentes individuales
Reconocer el (los?) mecanismos de aceleración
Caracterizar los campos magnéticos galáctico e intergaláctico
……
CONCLUSIONSe abre una nueva ventana
al Universo: ASTRONOMIA DE
RAYOS COSMICOS300 millones
de años luz
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El flujo cae a la mitad del valor extrapolado con E-2.62
para E ~ 6x1019 eV