Widma neutrin emitowanych przez zaawansowane ewolucyjnie gwiazdy

Podobne dokumenty
Neutrinowe sygnatury nadchodzącej supernowej

Neutrinowe sygnatury nadchodzącej supernowej

ZTWiA: grupa prof. M. Kutschery

PROGNOZOWANIE SUPERNOWYCH TYPU II

1/20 Neutrina z presupernowej A. Odrzywołek. Neutrina z gwiazdy presupernowej oraz szanse ich detekcji

Reakcje z udziałem neutrin, elektronów i nukleonów w astrofizyce

CZASTEK O NAJWYŻSZYCH ENERGIACH

Kiedy eksploduje Betelgeza? (Betelgeuse)

Astronomia neutrinowa

Interesujące fazy ewolucji masywnej gwiazdy:

Gwiezdna amnezja. O nuklearnej równowadze statystycznej. ( Nuclear Statistical Equilibrium, NSE) Andrzej Odrzywołek

Naturalne źródła neutrin, czyli neutrina sa

Fizyka neutrin. Źródła neutrin Neutrina reliktowe Geoneutrina Neutrina z wybuchu Supernowych Neutrina słoneczne. Deficyt neutrin słonecznych

400 LAT BEZ EKSPLOZJI

A. Odrzywołek, Zakład Teorii Względności i Astrofizyki, Uniwersytet Jagielloński, Kraków

Wszechświata. Piotr Traczyk. IPJ Warszawa

Widmo energetyczne neutrin i antyneutrin elektronowych w stanie NSE

Zaczynamy od supernowych, poniewa»: LAT BEZ SUPERNOWEJ!

Od Wielkiego Wybuchu do Gór Izerskich. Tomasz Mrozek Instytut Astronomiczny UWr Zakład Fizyki Słońca CBK PAN

Rozdział 6 Oscylacje neutrin słonecznych i atmosferycznych. Eksperymenty Superkamiokande, SNO i inne. Macierz mieszania Maki-Nakagawy- Sakaty (MNS)

Metamorfozy neutrin. Katarzyna Grzelak. Sympozjum IFD Zakład Czastek i Oddziaływań Fundamentalnych IFD UW. K.Grzelak (UW ZCiOF) 1 / 23

Neutrina (2) Elementy fizyki czastek elementarnych. Wykład VIII

GWIAZDY SUPERNOWEJ. WSZYSTKO WE WSZECHŚWIECIE WIECIE PODLEGA ZMIANOM GWIAZDY RÓWNIER. WNIEś. PRZECHODZĄ ONE : FAZĘ NARODZIN, WIEK DOJRZAŁY,

Ewolucja w układach podwójnych

Astronomia neutrinowa - wyzwania XXI wieku

Raport końcowy z grantu 1P03D00528

Podstawy astrofizyki i astronomii

Zagadki neutrinowe. Deficyt neutrin atmosferycznych w eksperymencie Super-Kamiokande

Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW. Neutrina i ich mieszanie

Fizyka jądrowa z Kosmosu wyniki z kosmicznego teleskopu γ

Wykres Herzsprunga-Russela (H-R) Reakcje termojądrowe - B.Kamys 1

Neutrina i ich oscylacje. Neutrina we Wszechświecie Oscylacje neutrin Masy neutrin

Zagadki neutrinowe. Deficyt neutrin atmosferycznych w eksperymencie Super-Kamiokande

BUDOWA I EWOLUCJA GWIAZD. Jadwiga Daszyńska-Daszkiewicz

I etap ewolucji :od ciągu głównego do olbrzyma

Wykład 9 - Ewolucja przed ciągiem głównym. Ciąg główny wieku zerowego (ZAMS)

Podstawowe własności jąder atomowych

Podstawy astrofizyki i astronomii

Neutrina z supernowych. Elementy kosmologii

Porównanie statystyk. ~1/(e x -1) ~e -x ~1/(e x +1) x=( - )/kt. - potencjał chemiczny

Teoria ewolucji gwiazd (najpiękniejsza z teorii) dr Tomasz Mrozek Instytut Astronomiczny Uniwersytetu Wrocławskiego

Neutrina (2) Elementy fizyki czastek elementarnych. Wykład IX

Promieniowanie jonizujące

Jak się tego dowiedzieliśmy? Przykład: neutrino

Podstawy astrofizyki i astronomii

Tworzenie protonów neutronów oraz jąder atomowych

Następnie powstały trwały izotop - azot-14 - reaguje z trzecim protonem, przekształcając się w nietrwały tlen-15:

Słońce obserwowane z kopalni Kamioka, Toyama w Japonii

Neutrina. Źródła neutrin: NATURALNE Wielki Wybuch gwiazdy atmosfera Ziemska skorupa Ziemska

Neutrina. Wstęp do Fizyki I (B+C) Wykład XXII:

Neutrina z supernowych

Czarne dziury. Grażyna Karmeluk

Oddziaływania podstawowe

Oscylacje neutrin. Deficyt neutrin atmosferycznych w eksperymencie Super-Kamiokande

Podstawy Fizyki Jądrowej

gdyby Kopernik żył w XXI w.

Zastosowanie supernowych Ia w kosmologii

Masywne neutrina w teorii i praktyce

Budowa i ewolucja gwiazd I. Skale czasowe Równania budowy wewnętrznej Modele Diagram H-R Ewolucja gwiazd

BUDOWA I EWOLUCJA GWIAZD. Jadwiga Daszyńska-Daszkiewicz

wyniki eksperymentu OPERA Ewa Rondio Narodowe Centrum Badań Jądrowych

Nucleosynthesis. Lecture 8: Supernovae

Uniwersytet Mikołaja Kopernika Toruń 6 XII 2013 W POSZUKIWANIU ŚLADÓW NASZYCH PRAPOCZĄTKÓW

Astrofizyka promieni kosmicznych-1. Henryk Wilczyński

Diagram Hertzsprunga Russela. Barwa gwiazdy a jasność bezwzględna

Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki 2002

Zderzenia relatywistyczne

NEUTRONOWA ANALIZA AKTYWACYJNA ANALITYKA W KONTROLI JAKOŚCI PODSTAWOWE INFORMACJE O REAKCJACH JĄDROWYCH - NEUTRONOWA ANALIZA AKTYWACYJNA

Elementy kosmologii. Rozszerzający się Wszechświat Wielki Wybuch (Big Bang) Nukleosynteza Promieniowanie mikrofalowe tła Ciemna Materia Leptogeneza

Sens życia według gwiazd. dr Tomasz Mrozek Instytut Astronomiczny Uniwersytet Wrocławski

OKREŚLENIE WPŁYWU WYŁĄCZANIA CYLINDRÓW SILNIKA ZI NA ZMIANY SYGNAŁU WIBROAKUSTYCZNEGO SILNIKA

Badanie wysokoenergetycznych mionów kosmicznych w detektorze ICARUS.

Fizyka współczesna. Jądro atomowe podstawy Odkrycie jądra atomowego: 1911, Rutherford Rozpraszanie cząstek alfa na cienkich warstwach metalu

Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią

Zderzenia relatywistyczne

Analiza oscylacji oraz weryfikacje eksperymentalne

Fizyka gwiazd. 1 Budowa gwiazd. 19 maja Stosunek r g R = 2GM

Neutrina. Elementy fizyki czastek elementarnych. Wykład VII. Historia neutrin Oddziaływania neutrin Neutrina atmosferyczne

Oddziaływanie podstawowe rodzaj oddziaływania występującego w przyrodzie i nie dającego sprowadzić się do innych oddziaływań.

Promieniowanie jonizujące

Najbardziej zwarte obiekty we Wszechświecie

Promieniowanie jonizujące

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 11 Pochodzenie pierwiastków

Neutrina mają masę - Nagroda Nobla 2015 z fizyki. Tomasz Wąchała Zakład Neutrin i Ciemnej Materii (NZ16)

Podstawy astrofizyki i astronomii

Podstawy astrofizyki i astronomii

Badanie schematu rozpadu jodu 128 J

Rozpad alfa. albo od stanów wzbudzonych (np. po rozpadzie beta) są to tzw. długozasięgowe cząstki alfa

cząstki, które trudno złapać Justyna Łagoda

Astrofizyka Wysokich Energii dla Fizyków

Grawitacja + Astronomia

Badanie schematu rozpadu jodu 128 I

Wykłady z Geochemii Ogólnej

Synteza jądrowa (fuzja) FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ

Detekcja promieniowania elektromagnetycznego czastek naładowanych i neutronów

Neutrina. Elementy fizyki czastek elementarnych. Wykład VIII. Oddziaływania neutrin Neutrina atmosferyczne

METODY DETEKCJI PROMIENIOWANIA JĄDROWEGO 3

Promieniotwórczość naturalna. Jądro atomu i jego budowa.

A - liczba nukleonów w jądrze (protonów i neutronów razem) Z liczba protonów A-Z liczba neutronów

Neutrina. Elementy fizyki czastek elementarnych. Wykład VII. Historia neutrin Oddziaływania neutrin Neutrina atmosferyczne

Transkrypt:

Widma neutrin emitowanych przez zaawansowane ewolucyjnie gwiazdy Neutrina jako sygnał nadchodzącej supernowej Andrzej Odrzywołek Zakład Ogólnej Teorii Względności i Astrofizyki Uniwersytet Jagielloński, Kraków Wtorek, 8 września 2009, 17:00

Kiedy w Galaktyce eksploduje supernowa? Wszyscy zgromadzeni są zapewne ciekawi... ale nikt nie zna odpowiedzi... Dlaczego?

Kiedy w Galaktyce eksploduje supernowa? Wszyscy zgromadzeni są zapewne ciekawi... ale nikt nie zna odpowiedzi... Dlaczego?

Kiedy w Galaktyce eksploduje supernowa? Wszyscy zgromadzeni są zapewne ciekawi... ale nikt nie zna odpowiedzi... Dlaczego?

Kiedy w Galaktyce eksploduje supernowa? Wszyscy zgromadzeni są zapewne ciekawi... ale nikt nie zna odpowiedzi... Dlaczego? Dlaczego nie potrafimy udzielić odpowiedzi na tak postawione pytanie? Nawet w przypadku Betelgeuse, 200 pc od Ziemi, nie jesteśmy w stanie uzyskać dokładności czasowej lepszej niż 100 000 lat! 1 Jądro ewoluuje niezależnie od powierzchni 2 Rozmiar jądra to (R c 10 4 km) ; promień gwiazdy presupernowej R s 10 7... 10 9 3 Ostatnie fazy to τ 100 lat 4 nie znamy ani jednej gwiazdy spalającej w rdzeniu węgiel

Kiedy w Galaktyce eksploduje supernowa? Wszyscy zgromadzeni są zapewne ciekawi... ale nikt nie zna odpowiedzi... Dlaczego? Dlaczego nie potrafimy udzielić odpowiedzi na tak postawione pytanie? Nawet w przypadku Betelgeuse, 200 pc od Ziemi, nie jesteśmy w stanie uzyskać dokładności czasowej lepszej niż 100 000 lat! 1 Jądro ewoluuje niezależnie od powierzchni 2 Rozmiar jądra to (R c 10 4 km) ; promień gwiazdy presupernowej R s 10 7... 10 9 3 Ostatnie fazy to τ 100 lat 4 nie znamy ani jednej gwiazdy spalającej w rdzeniu węgiel wszystko za sprawą neutrin, może więc ich należy szukać!?

Neutrinowa emisja masywnej gwiazdy Ewolucja gwiazd dla astronomów neutrinowych Stage L ν E tot ν Czas E ν Prozes Typ [erg/s] [erg] [MeV] H 10 36 10 52 10 7 yrs 0.5-1.7 CNO ν e He 10 31 10 49 10 6 yrs 0.02 plasma all Gwiazda-ν 10 38-10 46 10 51 10 4 yrs 0.5-1.5 pair all Neutronizacja 10 54 10 51 10 2 sec 10 ɛ ν e SN 10 52-10 48 10 53 10 sec 10-40 ν transport all Gw. neut. < 10 48 < 10 51 10 4 yrs 1 d(m)urca ν e, ν e 1 detekcja ν z kolapsu wewnątrz Galaktyki nie stanowi dziś wyzwania 2 uwaga musi zostać skupiona na impulsie neutronizacyjnym, chłodzeniu gwiazdy neutronowej oraz fazie chłodzonej neutrinowo pre-supernowej

Neutrina PRZED i PO kolapsie

Ostatnie chwile gwiazdy o masie 15 M (s15)

Strumień neutrin 100 lat przed wybuchem supernowej

Średnia energia E ν 100 lat przed wybuchem supernowej

Potencjalnie wykrywalne sygnatury neutrinowe nadchodzącego kolapsu Gwiazda o masie 15 M 1 core/shell O burning (miesiące przed kolapsem) detekcja ograniczona do Betelgeuse (d = 100... 200 pc) 2 spalanie Si w jądrze (8-0.5 dni przed kolapsem) dla gwiazd bliżej niż 1-2 kpc 3 faza maksymalnej kontrakcji i zapłon Si w powłoce ( 2-0.5 godzin b.c.) do 10 kpc 4 faza kurczenia prowadząca bezpośrednio do kolapsu (30-0 minut b. c.) jest to właściwie początek kolapsu, gdyż większość neutrin jest emitowana w ostatniej minucie gładko przechodząc w pik neutronizacyjny

Widmo ν e pre-supernowej vs geo-neutrina Black - geoneutrino ν e spectrum (Sanhiro Enomoto PhD ) Red - thermal pre-sn spectrum: pair + plasma Blue - weak pre-sn spectrum: e capture for α-network nuclei for kt<0.4 MeV NSE neutrinos for kt>0.4 MeV (arxiv:0903.2311v1 )

Widmo ν e pre-supernowej vs geo-neutrina Black - geoneutrino ν e spectrum (Sanhiro Enomoto PhD ) Red - thermal pre-sn spectrum: pair + plasma Blue - weak pre-sn spectrum: e capture for α-network nuclei for kt<0.4 MeV NSE neutrinos for kt>0.4 MeV (arxiv:0903.2311v1 )

Widmo ν e pre-supernowej vs neutrina słoneczne Black - solar ν e spectrum (SSM ) Red - thermal pre-sn spectrum: pair + plasma Blue - weak pre-sn spectrum: e capture for α-network nuclei for kt<0.4 MeV NSE neutrinos for kt>0.4 MeV (arxiv:0903.2311v1 )

Widmo ν e pre-supernowej vs neutrina słoneczne Black - solar ν e spectrum (SSM ) Red - thermal pre-sn spectrum: pair + plasma Blue - weak pre-sn spectrum: e capture for α-network nuclei for kt<0.4 MeV NSE neutrinos for kt>0.4 MeV (arxiv:0903.2311v1 )

Widmo ν e pre-supernowej vs neutrina słoneczne Black - solar ν e spectrum (SSM ) Red - thermal pre-sn spectrum: pair + plasma Blue - weak pre-sn spectrum: e capture for α-network nuclei for kt<0.4 MeV NSE neutrinos for kt>0.4 MeV (arxiv:0903.2311v1 )

Sygnał oczekiwany w detektorach scyntylacyjnych

Sygnał oczekiwany w detektorach wodnych (Czerenkowa)

Scenariusz 1: spalanie Si w shell-u (0.5 Mt H 2 O) 1-Hour moving window signal from 10 kpc 1 ν e (ES) i ν e (IBD) dostarczają sygnatury 1 godzinę przed wybuchem supernowej w 0.5 Mt wodnym detektorze z 10 kpc 2 równoczesna dodatnia fluktuacja ν e i ν e

Scenariusz 1: spalanie Si w shell-u (0.5 Mt H 2 O) 1-Hour moving window signal from 10 kpc 1 ν e (ES) i ν e (IBD) dostarczają sygnatury 1 godzinę przed wybuchem supernowej w 0.5 Mt wodnym detektorze z 10 kpc 2 równoczesna dodatnia fluktuacja ν e i ν e

Scenariusz 2: spalanie Si w shell-u (0.5 Mt H 2 O) (Super-Kamiokande) Sygnał w biegnącym oknie o szerokości 1 h z 1 kpc 1 ν e (ES) i ν e (IBD) dostarczają 1 h ostrzeżenie w Super-Kamiokande z 1 kpc

Scenariusz 2: spalanie Si w shell-u (0.5 Mt H 2 O) (Super-Kamiokande) Sygnał w biegnącym oknie o szerokości 1 h z 1 kpc 1 ν e (ES) i ν e (IBD) dostarczają 1 h ostrzeżenie w Super-Kamiokande z 1 kpc

Scenariusz 3: spalanie Si w shell-u (LENA, 50 kt) Sygnał w biegnącym oknie o szerokości 1 h z 10 kpc 1 ν e (ES) dostarczają sygnał 1 h z 10 kpc 2 Odwrotny rozpad β prawie zaniedbywalny, 0-2 zdarzeń

Przypadek Betelgeuse UWAGA: dotyczy najbliższych gwiazd d 10 kpc Sygnał z Betelgeuse (d=130 pc)

Zasięg przyszłego monitoringu i α Ori

15 M vs 25 M : neutronizacja Porównanie typowych modeli

Na ile ogólne są powyższe rozważania? Ewolucja innych pre-supernowych 2 pełne modele presupernowych: 15 M i 25 M zostały przeanalizowane: w obydwu zachodzi spalanie Si w jądrze, a następnie w powłoce otaczającej jądro znane wyjątki: gwiazdy o masach 8-11 M mogą skolapsować zanim dojdzie do spalania O / Si niektóre gwiazdy mogą kolapsować bez spalania Si w shell-u z drugiej strony, 2 i więcej epizodów spalania Si się zdarza 25 M versus 15 M ewolucja dla 25 M jest znacznie szybsza; strumień ν jest więc większy (zapas paliwa jest zawsze porównywalny) neutrina są emitowane w mniej zdegenerowanej materii wykrywalny sygnał jest mniejszy mniej masywnych gwiazd jest więcej (IMF)

Wnioski pre-supernova produkuje stale rosnące strumienie ν e and ν e o coraz większych energiach nowe (2009) wstepne wyniki zawierają silny (do 100 anihilacji) strumień ν e po zapłonie Si oraz już zbadany strumień ν e z procesów termicznych energia ν e oszacowana za pomocą tablic FFN i α-network-u ( 4 MeV) oraz NSE ( 2.5 MeV) procesy ewolucyjne: spalanie O, spalanie Si w jądrze, spalanie Si w powłoce oraz bezpośrednia faza kurczenia przed kolapsem dostarczają charakterystycznego sygnału neutrinowego szanse detekcji silnie zależą od dystansu do gwiazdy; dla Betelgeuse detektory typu LENA są w stanie wykryć ν e na miesiące przed wybuchem supernowej (!) 50% gwiazd w Galaktyce znajduje się dalej niż 10 kpc; dla nich wykrywalny jest jedynie sygnał około 1 godziny przed kolapsem ziemskie ν e i słoneczne ν e przeszkadzają: analiza kierunkowa może to zmienić

Ważniejsze referencje Stellar models s15 and s25: Woosley, S. E.; Heger, A.; Weaver, T. A., The evolution and explosion of massive stars, Reviews of Modern Physics, 2002 74, 1015-1071 Neutrino spectra & basic processes: Misiaszek, M.; Odrzywolek, A.; Kutschera, M., Neutrino spectrum from the pair-annihilation process in the hot stellar plasma, Physical Review D, 74, 043006. A. Odrzywolek, Plasmaneutrino spectrum, Eur. Phys. J. C52, 425-434, 2007 A. Odrzywolek, NSE neutrino spectrum, arxiv:0903.2311v1 [astro-ph.sr] Shock breakout ν e: Thompson, Todd A.; Burrows, Adam; Pinto, Philip A., Shock Breakout in Core-Collapse Supernovae and Its Neutrino Signature, The Astrophysical Journal, 2003 592 434-456 Protoneutron star neutrino cooling and delayed black hole formation: J. A. Pons, J. A. Miralles, M. Prakash and J. M. Lattimer, Evolution of Proto-Neutron Stars with Kaon Condensates, The Astrophysical Journal, 2001 553 382-393 A. Odrzywolek, M. Kutschera, Kaon condensate with trapped neutrinos and high-density symmetry energy behavior, Acta Phys. Polon. B40, 195, 2009 (arxiv:astro-ph/0703686v1)

Więcej informacji PSNS WWW : strona poświęcona tematyce post-procesowania modelu astrofizycznych w celu uzyskania wysokiej jakości widm neutrinowych i astronomii neutrinowej http://ribes.if.uj.edu.pl/psns

Animacja modelu s15 Ostatnie 40, 000 przed wybuchem supernowej, po zakończeniu spalania He. Animation link