(НЕ)ПРОЗРАЧНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ

1. (НЕ)ПРОЗРАЧНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ Сергей Троицкий (ОТФ ИЯИ РАН) «Династия», 16 апреля 2010 г.

2. (НЕ)ПРОЗРАЧНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ для фотонов высокой энергии Сергей Троицкий (ОТФ ИЯИ РАН) «Династия», 16 апреля 2010 г.

3. (НЕ)ПРОЗРАЧНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ • 1. Почему Вселенная непрозрачна? • Электромагнитные каскады на фоновом излучении. • 2. Полезные выводы из непрозрачности Вселенной. • Ограничения на излучение сверхвысоких энергий. • 3. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется! • IR/TeV - кризис. • 4. Как сделать Вселенную попрозрачнее? • Осцилляции фотонов в гипотетические легкие • частицы.

4. (НЕ)ПРОЗРАЧНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ • 1. Почему Вселенная непрозрачна? • Электромагнитные каскады на фоновом излучении. • 2. Полезные выводы из непрозрачности Вселенной. • Ограничения на излучение сверхвысоких энергий. • 3. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется! • IR/TeV- кризис. • 4. Как сделать Вселенную попрозрачнее? • Осцилляции фотонов в гипотетические легкие • частицы.

5. Почему Вселенная непрозрачна? • Электромагнитные каскады на фоновом излучении. Вселенная заполнена излучением: микроволновое реликтовое излучение (см. предыдущую лекцию)

6. Почему Вселенная непрозрачна? • Электромагнитные каскады на фоновом излучении. Вселенная заполнена излучением: фоновое радиоизлучение (радиогалактики, скопления галактик)

7. Почему Вселенная непрозрачна? • Электромагнитные каскады на фоновом излучении. Вселенная заполнена излучением: инфракрасный и оптический фон (звезды, особенно молодые; пыль)

8. Почему Вселенная непрозрачна? • Электромагнитные каскады на фоновом излучении. Вселенная заполнена излучением: ультрафиолетовый и рентгеновский фон (многочисленные источники)

9. Почему Вселенная непрозрачна? • Электромагнитные каскады на фоновом излучении. Вселенная заполнена излучением: диффузное гамма-излучение (активные ядра галактик, аннигиляция темной материи(?) и т.д.)

10. Почему Вселенная непрозрачна? • Электромагнитные каскады на фоновом излучении. Вселенная заполнена излучением:

11. Почему Вселенная непрозрачна? • Электромагнитные каскады на фоновом излучении. Рождение пар e– Ee фотон Eγ e+ фоновый фотон ω

12. Почему Вселенная непрозрачна? • Электромагнитные каскады на фоновом излучении. Обратный эффект Комптона фотон Eγ фоновый фотон ω e– Ee e– (+ кроссинг-симметричная диаграмма)

13. Почему Вселенная непрозрачна? • Электромагнитные каскады на фоновом излучении. полное сечение рождения пар (PP) и обратного комптоновского рассеяния (ICS)

14. Почему Вселенная непрозрачна? • Электромагнитные каскады на фоновом излучении. рождение пар: энергия, уносимая электроном s/4m2 = 3, 30, 30000

15. Почему Вселенная непрозрачна? • Электромагнитные каскады на фоновом излучении. ICS: энергия, уносимая фотоном s/4m2 =0.1,3, 30, 30000

16. Почему Вселенная непрозрачна? • Электромагнитные каскады на фоновом излучении. развитие электромагнитного каскада: γ PP = рождение пар PP ICS = обратное комптоновское рассеяние e ICS e γB энергичные фотоны и электроны γ PP e γB e ICS мягкие фоновые фотоны, мягкие вторичные электроны e γB γ γB e

17. Почему Вселенная непрозрачна? • Электромагнитные каскады на фоновом излучении. полное сечение рождения пар (PP) и обратного комптоновского рассеяния (ICS)

18. Почему Вселенная непрозрачна? • Электромагнитные каскады на фоновом излучении. полное сечение рождения пар (PP) и обратного комптоновского рассеяния (ICS) наиболее интенсивное рождение пар: s/4me2 ~2…4 Eγ~5×1011 (ω/eV)-1eV

19. Почему Вселенная непрозрачна? • Электромагнитные каскады на фоновом излучении. плотность фоновых фотонов Eγ~5×1011 (ω/eV)-1eV длина свободного пробега фотонов

20. (НЕ)ПРОЗРАЧНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ • 1. Почему Вселенная непрозрачна? • Электромагнитные каскады на фоновом излучении. • 2. Полезные выводы из непрозрачности Вселенной. • Ограничения на излучение сверхвысоких энергий. • 3. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется! • IR/TeV- кризис. • 4. Как сделать Вселенную попрозрачнее? • Осцилляции фотонов в гипотетические легкие • частицы.

21. Полезные выводы из непрозрачности Вселенной. • Ограничения на излучение сверхвысоких энергий. длина свободного пробега фотонов

22. Полезные выводы из непрозрачности Вселенной. • Ограничения на излучение сверхвысоких энергий. ГЗК нейтрино фотоны протоны E(max) астрофизические ускорители протонов >1020 эВ

23. Полезные выводы из непрозрачности Вселенной. • Ограничения на излучение сверхвысоких энергий. • что можно ограничить? • сценарии происхождения космических лучей • сверхвысоких энергий (стандартные и с новой физикой) • распады и аннигиляцию частиц темной материи, • в т.ч. сверхтяжелой • распады и аннигиляцию топологических дефектов • аномальные концентрации реликтовых нейтрино • нестандартные объяснения зависимости «красное смещение – • блеск» для сверхновых типа Ia • …………..

24. (НЕ)ПРОЗРАЧНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ • 1. Почему Вселенная непрозрачна? • Электромагнитные каскады на фоновом излучении. • 2. Полезные выводы из непрозрачности Вселенной. • Ограничения на излучение сверхвысоких энергий. • 3. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется! • IR/TeV- кризис. • 4. Как сделать Вселенную попрозрачнее? • Осцилляции фотонов в гипотетические легкие • частицы.

25. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется! • IR-TeV кризис. инфракрасный фон: измерения и модели

27. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется! • IR-TeV кризис. энергия фотонов расстояние оптическая толща Вселенной

28. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется! • IR-TeV кризис. наблюдения удаленных источников в ТэВ-диапазоне (точнее, >100 ГэВ) STACEE HESS ГT-48 CANGAROO VERITAS MAGIC

29. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется! • IR-TeV кризис. наблюдения удаленных источников в ТэВ-диапазоне (точнее, >100 ГэВ) самый первый – Mrk 421 (z=0.031) WHIPPLE 1992

30. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется! • IR-TeV кризис. наблюдения удаленных источников в ТэВ-диапазоне (точнее, >100 ГэВ) самый первый – Mrk 421 (z=0.031) WHIPPLE 1992

31. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется! • IR-TeV кризис. наблюдения удаленных источников в ТэВ-диапазоне (точнее, >100 ГэВ) ТИП ИСТОЧНИКОВ: БЛАЗАРЫ Блазары – активные галактики, струи которых направлены на наблюдателя

32. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется! • IR-TeV кризис. наблюдения удаленных источников в ТэВ-диапазоне (точнее, >100 ГэВ) самый далекий – 3С 279 (z=0.536) MAGIC 2007

33. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется! • IR-TeV кризис. наблюдения удаленных источников в ТэВ-диапазоне (точнее, >100 ГэВ) 3С 66A (z=0.444) КРАО 2001

34. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется! • IR-TeV кризис. 3С 66A (z=0.444) сигнал VERITAS в период вспышки блазара указывает на блазар 3С66А VERITAS 2009

35. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется! • IR-TeV кризис. наблюдения удаленных источников в ТэВ-диапазоне (точнее, >100 ГэВ) 3С 66A (z=0.444) сигнал MAGIC в период покоя блазара указывает на близкую радиогалактику 3С66В MAGIC 2010

36. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется! • IR-TeV кризис. наблюдения удаленных источников в ТэВ-диапазоне (точнее, >100 ГэВ) 38 внегалактических источников, 20имеютz>0.1, 8 имеютz>0.3

37. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется! • IR-TeV кризис. энергия фотонов 3C 66A ? 3C 279 расстояние оптическая толща Вселенной + источники

38. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется! • IR-TeV кризис. спектры излучения в источнике должны загибаться вверх!

39. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется! • IR-TeV кризис. спектры излучения блазаров неплохо изучены: синхротронный пик ICS-пик обратное комптоновское рассеяние тех же самых синхротронных фотонов на реликтовом излучении два пика связаны между собой

40. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется! • IR-TeV кризис. спектры излучения блазаров неплохо изучены: последовательность блазаров… радио рентген FSRQ – радиояркие квазары с плоским спектром видимый свет МэВ LBL – лацертиды с низкоэнергетическим пиком рентген >ГэВ HBL – лацертиды с высокоэнергетическим пиком

41. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется! • IR-TeV кризис. спектры излучения блазаров неплохо изучены: последовательность блазаров…

42. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется! • IR-TeV кризис. требуемый загиб зависит от расстояния до источника, а не от типа! (HBL, LBL, FSRQ) выглядит подозрительно…

43. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется! • IR-TeV кризис. • предложенные объяснения: • непрозрачность: • блазары на самом деле на близких расстояниях • ТэВ-фотоны – вторичные в результате каскада • (практически нулевое межгалактическое магнитное поле) • поглощение в источнике («выедание» спектра) • прозрачность: • нарушение Лоренц-инвариантности • (модификация сечений электромагнитных процессов) • осцилляции фотонов в частицы, не взаимодействующие • с фоновым излучением

44. (НЕ)ПРОЗРАЧНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ • 1. Почему Вселенная непрозрачна? • Электромагнитные каскады на фоновом излучении. • 2. Полезные выводы из непрозрачности Вселенной. • Ограничения на излучение сверхвысоких энергий. • 3. Возможно, Вселенная прозрачнее, чем кажется! • IR/TeV- кризис. • 4. Как сделать Вселенную попрозрачнее? • Осцилляции фотонов в гипотетические легкие • частицы.

45. Как сделать Вселенную попрозрачнее? • Осцилляции фотонов в гипотетические легкие • частицы.

46. Как сделать Вселенную попрозрачнее? • Осцилляции фотонов в гипотетические легкие • частицы. источник максимальное смешивание 2/3 фотонов теряют энергию 1/3 «а» 1/9 «а» 2/9 фотонов межгалактическое пространство нет смешивания наша Галактика смешивание, близкое к максимальному

47. Как сделать Вселенную попрозрачнее? • Осцилляции фотонов в гипотетические легкие • частицы. псевдоскалярное поле (аксионоподобная частица) тензор напряжений электромагнитного поля дуальный тензор

48. Как сделать Вселенную попрозрачнее? • Осцилляции фотонов в гипотетические легкие • частицы. где

49. Как сделать Вселенную попрозрачнее? • Осцилляции фотонов в гипотетические легкие • частицы. plasma frequency плазменная частота

50. Как сделать Вселенную попрозрачнее? • Осцилляции фотонов в гипотетические легкие • частицы. вероятность осцилляций (для постоянных B, ne): где