Master de Física Fundamental

1. Master de Física Fundamental Física de Astropartículas Física de Rayos Cósmicos Universidad Complutense de Madrid Juan Abel Barrio Uña Curso 06/07

2. Índice: bottom-up Evidencia experimental • Modelos vs. Evidencias • Sistema solar • Propagación • Fuentes • Aceleración Conclusiones

3. Antares AMS p p Auger + 0 p n e   MAGIC Física de Astropartículas Física de Rayos Cósmicos: E < 1019 eV E > 1019 eV

4. Antares AMS p p Auger + 0 p n e   MAGIC Física de Astropartículas Física de Rayos Cósmicos:bottom-up E < 1019 eV E > 1019 eV

5. Índice Evidencia experimental • Modelos vs. Evidencias • Sistema solar • Propagación • Fuentes • Aceleración Conclusiones

6. Indirect observations Indirect observations Evidencia experimental Espectro de rayos cósmicos (RC) • Modulación solar • E < 20 GeV • Anticorrelación CR – act. Solar • 11 años • Todos los CR • Espectro RC primarios • Ley de potencias ~ 10 décadas • Índice espectral ~ 2.7 - 3 • Rodilla, tobillo • Corte GZK

7. ISM A Evidencia experimental Abundancias en los RC • Abundancias E < 20 GeV • H, He: CR < ISM • Li, Be, B: CR >> ISM • Sub-Fe: CR > ISM • Efecto par-impar nuclear • Abundancias E > 10 TeV • Difícil de medir • ¿ Fe @ E > 1015 eV ? • Abundancia isotópicas • Separación isotópica • Relojes cósmicos ( 10Be, 26Al)

8. Secondary production (Bergstrom & Ullio 1999) Diffusion model ± 25-50% CAPRICE98 p flux Indirect observations • Antimateria • p / e+ • He  detección negativa Evidencia experimental Otras medidas de CR • Isotropía • ~ 0.1 % - E < 1015 • ~ 5 % - 1015 < E < 1019 • ~ 50 % - E > 1019 • Densidad de energía • rCR~ 0.5 eV cm-3 • rB~ 0.2 eV cm-3

9. Índice Evidencia experimental • Modelos vs. Evidencias • Sistema solar • Propagación • Fuentes • Aceleración Conclusiones

10. 100 UA p p + 0 p n e   Sistema Solar Interacción CR – Sistema Solar E < 1019 eV E > 1019 eV

11. Sistema Solar Interacción viento solar - tierra • Viento solar • Emisión de gas ionizado: p+ • 350 km s-1, 107 m-3, 106 K • Actividad solar  Modulación • Bloqueo de flujo magnético • B / p+ plasma “unidos" • rp+~ 5 keV cm-3 ~ 50 rB • Ondas de choque • Viento Solar / magnetosfera • vp+ ~ 10 vA = B / (m0r)1/2  Alfvén

12. Índice Evidencia experimental • Modelos vs. Evidencias • Sistema solar • Propagación • Fuentes • Aceleración Conclusiones

13. p p + 0 p n e   Propagación Interacción CR – ISM / IGM E < 1019 eV E > 1019 eV

14. 300 pc Propagación Interacción CR – ISM / IGM • Medio interestelar • n~ 1 cm-3 • Estructura de la galaxia • Medio intergaláctico • n~ 6 m-3

15. ISM Propagación Expalación • Abundancias • ISM vs. RC • RC primarios: estrellas • Expalación • Interacción CR - p+(ISM):

16. Espesor atravesado por CR • Abundancias  Expalación xp+~ 3 g·cm-2; xFe ~10 g·cm-2 300 pc Propagación Confinamiento • x (Vial Láctea) ~ 10-3 g·cm-2 • t1/2(10Be) =1.5·106y • Isotropía Confinamiento • Leaky Box: Halo

17. 300 pc Propagación Ecuación de transporte I • Difusión • Dispersión Alfvén (B Plasma) • Coef. difusión: • Leaky Box:

18. 300 pc Propagación Ecuación de transporte II Aceleración / pérdida energía Fuente Convección

19. 300 pc ISM Propagación Ecuación de transporte III Desaparición • Colisión / desintegración: Aparición • Pji: Expalación j i • tj: Vida media expalación j Abundancias relativas

20. Propagación Otros aspectos Corte GZK • Eth~ 1020 eV • sD~ 10-28 cm2 d~ Mpc • rCMB~ 400 cm-3 • Potencial ionización • FIP(H, He) > 10 eV • Fuentes

21. Índice Evidencia experimental • Modelos vs. Evidencias • Sistema solar • Propagación • Fuentes • Aceleración Conclusiones

22. p p + 0 p n e   Fuentes Producción de RC E < 1019 eV E > 1019 eV

23. 300 pc 300 pc Fuentes Candidatos estandar Consideraciones energéticas • SN y SNR: • Pulsars / AGNs Campo acelerador plasmas

24. Fuentes Candidatos exóticos Emax~ 1020eV Partículas supermasivas primordiales • Defectos topológicos • 0-D: Monopolos • 1-D: Cuerdas cósmicas • 2-D: Membranas cósmicas Desintegración • Agujeros negros primordiales • Evaporación via Rad. Hawking • Emax~ 1020eV / M(kg) Se necesitan muchos

25. Índice Evidencia experimental • Modelos vs. Evidencias • Sistema solar • Propagación • Fuentes • Aceleración Conclusiones

26. p p + 0 p n e   Aceleración Aceleración de RC E < 1019 eV E > 1019 eV

27. ~ 5 pc ~ 1 km Indirect observations Tycho SNR - Radio Aceleración Generalidades • Requisitos • N(E) QE -x; x ~ 2.2 - 3 • Emax~ 1020 eV • Abundancias • Transferencia de energía: • Frentes de choque (estocástica) • Directa

28. n 3 2 1 Aceleración Aceleración en frentes de choque I • Mecanismo de Fermi • DE=eE por encuentro • Pesc por encuentro • n encuentros

29. Aceleración Aceleración en frentes de choque II • Aceleración de Fermi de 1er orden • Encuentro con frente de choque E2 • -u1: frente de onda Dispersión Alfvén • u2 : gas “chocado” alejándose respecto al frente • V = cb = -u1+u2: gas “chocado” respecto a “no chocado” E1

30. Aceleración Energía máxima Aceleración de Fermi de 1er orden E2 • Emax~ Z·100 TeV Dispersión Alfvén Otros aceleradores • SN en viento: ~ 1016 eV / n • SN en viento en binaria: ~ 1019 eV / n E1 • Reaceleración en pulsar: ~ 1017 eV / n • Pulsar extremo: ~ 1019 eV / n • AGN (radio jet): Emax~ 1020 eV / n

31. Conclusiones Evidencia experimental • Modelos vs. Evidencias • Sistema solar • Propagación • Fuentes • Aceleración

32. 300 pc Indirect observations Conclusiones Origen de los CR Galáctico • Abundancias • Espectro E < 1019eV • Relojes cósmicos • Isotropia E < 1019 eV Extragaláctico • Espectro E > 1019eV • Isotropia E > 1019 eV ¡¡¡ Vaya con Don Enrico !!!