Современные проблемы астрономии 2024. Лекция 2

YOUTUBE · 25.11.2025 05:41

Ключевые темы и таймкоды

Введение в гамма-астрономию

0:00

Лекция посвящена современной гамма-астрономии, которая изучает вселенную в диапазоне энергий от 100 МэВ до 100 ТэВ.
Гамма-астрономия использует энергетические единицы, а не частоты или длины волн.

Источники гамма-излучения

8:50

Основные процессы, приводящие к гамма-излучению, включают нетиповое изучение от ускоренных заряженных частиц и аннигиляцию позитронов.
Также существуют редкие линии гамма-излучения, связанные с распадом нестабильных изотопов и синтезом элементов во время взрывов сверхновых.

Карты неба гамма-излучения

11:50

Карты неба гамма-излучения показывают распределение позитронов, изотопов алюминия и других источников гамма-излучения.
Наблюдения с большей статистикой и чувствительностью могут дать более интересные результаты.

Ускорение и распад нейтральных пионов

14:30

Нейтральные пионы возникают при столкновении фотонов с протонами.
Пионы распадаются на два фотона, энергия которых зависит от начальной энергии пиона.
Образуются также ретивистские лептоны (электроны, позитроны) и нейтрино.

Инструменты для наблюдения гамма-излучения

22:31

Ферми - основной инструмент для наблюдения гамма-излучения с энергией от 100 МэВ до 1 ТэВ.
Телескоп Ферми имеет размер 2x2x1 метр и рабочую энергию от 100 МэВ до 1 ТэВ.
Детектор состоит из вольфрамовых фольг, которые светятся при прохождении заряженных частиц.
Для подавления фона используется щит антисовпадений, который не звенит при пролете фотонов.

Наблюдение космических лучей

28:10

Видео обсуждает методы наблюдения космических лучей, включая гамма-кванты и другие частицы.
Упоминается, что на высоких энергиях (десятки ТэВ) эффективность наблюдения падает из-за малого потока частиц.

Черенковские телескопы

30:53

Черенковские телескопы используются для наблюдения космических лучей на высоких энергиях.
Они имеют большую эффективную площадь, но требуют больших площадей для установки.

Комбинированные телескопы

39:04

Комбинированные телескопы используются для наблюдения гамма-квантов и других частиц.
Хаса - самый мощный комбинированный телескоп, который может наблюдать фотоны с энергией до 10 ТэВ.

Чувствительность телескопов

42:12

Ферми и другие телескопы имеют хорошую чувствительность в диапазоне энергий от 10-12 до 10-10 эВ/см2/с.
Источники гамма-излучения: активные ядра галактик, пульсары, галактические объекты, остатки сверхновых.

Наблюдения и результаты

46:57

Ферми наблюдает гамма-излучение от атмосферы Земли, Луны, Солнца, галактики, пульсаров, остатков сверхновых и других объектов.
Гамма-астрономия солнечной системы пока недоразработана, но может быть важным источником фона для других наблюдений.

Гамма-всплески и пузыри Ферми

51:21

Обнаружены два гамма-всплеска, которые являются мощными источниками гамма-излучения.
Обнаружены пузыри Ферми - избыток гамма-излучения в симметричных полостях над и под центром галактики, возможно, след активности в центре галактики или взрывообразования.

Гамма-излучение и его источники

54:33

Видео обсуждает различные типы источников гамма-излучения, включая активные ядра галактик, гамма-всплески и космические лучи.
Активные ядра галактик являются наиболее распространенным типом источников, и их изучение позволяет понять, какая популяция частиц вызывает гамма-излучение.

Поиск источников на высоких энергиях

1:02:26

Источники на энергиях выше 100 ТэВ (тераэлектронвольт) являются проблематичными для обнаружения из-за непрозрачности Вселенной.
Наблюдения на таких энергиях могут указывать на мощные источники или новую физику, такую как нарушение инвариантности или модификации стандартной модели частиц.

Наблюдения на сверхвысоких энергиях

1:06:40

Наблюдения на энергиях выше 10-15 ТэВ (тераэлектронвольт) проводятся с использованием установок для поиска космогенов, которые могут быть вызваны взаимодействием космических лучей сверхвысокой энергии с изучением.
Пока не было обнаружено ни одного фотона или кандидата на этих энергиях, но существуют верхние пределы для таких наблюдений.

Поиск темной материи с помощью гамма-лучей

1:08:27

Гамма-лучи являются одним из основных методов поиска темной материи, так как они возникают при аннигиляции частиц темной материи.
Избыток гамма-лучей может указывать на существование темной материи и ее свойства, такие как масса и взаимодействие с другими частицами.

Ограничения на массу частиц темной материи

1:16:16

Гамма-наблюдения позволяют исключить темную материю с массами ниже 100 ГэВ, в зависимости от канала аннигиляции.
Если частицы темной материи имеют слишком маленькие сечения аннигиляции, они не могут объяснить всю темную материю и могут быть только субдоминантной компонентой.

Избыток гамма-лучей из центра галактики

1:19:10

Наблюдения показывают избыток гамма-лучей в центре галактики, который пока не удалось объяснить известными источниками.
Оптимисты считают, что морфология избытка близка к круговой, что указывает на темную материю, пессимисты считают, что она вытянута из пульсаров.