Projekti / Programi
Zaznavnost izbruhov gama žarkov z observatorijem Pierre Auger
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.03 |
Naravoslovje |
Fizika |
Astronomija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| P211 |
Naravoslovno-matematične vede |
Interakcije pri visokih energijah, kozmični žarki |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.03 |
Naravoslovne vede |
Fizika |
Izbruhi gama žarkov, visokoenergijska emisija, kozmični žarki, nevtrini, gama žarki, gravitacijski valovi, večglasniška
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
36945 |
dr. Lili Yang |
Fizika |
Vodja |
2017 - 2018 |
263 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
1540 |
Univerza v Novi Gorici |
Nova Gorica |
5920884000 |
14.067 |
Povzetek
Izbruhi gama žarkov (GRB) so najsvetlejše eksplozije na nebu in so morda izvor kozmičnih žarkov ekstremnih energij (UHECR) z energijami nad 1018 eV. Med eksplozijo nastanejo udarni vali, ki kozmične žarke pospešijo do najvišjih energij. To povzroči emisijo visokoenergijskih gama žarkov preko sinhrotronskega sevanja in inverznega Compton sevanja, ter pobeg UHECR, ki je možno detektirati. Med širjenjem UHECR pa lahko pride do interakcije z okoliško snovjo in radiacijskimi polji, kar privede do tvorbe nevtrinov.
Nedavno odkritje gravitacijskih valov (GW) preko interferometrov advanced LIGO naj bi bila posledica zlitja dveh črnih lukenj. Zato lahko pričakujemo, da so ti dogodki povezani s kratkimi GRB (s časom trajanja ( 2s). Z izkoriščanjem kombinirane občutljivosti površinskih in satelitskih observatorijev, ter izvajanju večglasniškega opazovanja (Fermi, CTA, LIGO, IceCube in observatorija Pierre Auger), bomo razkrili lastnosti GRB in vzrok za njihov nastanek.
V tem delu bomo z uporabo izbirnih kriterijev iskali nevtrine ekstremnih energij, ki nastanejo pri GRB iz podatkov observatorija Pierre Auger (PAO). Detektirane GRB so večinoma zaznali sateliti Fermi, SWIFT in Integral.
V primeru da nevtrinskih kandidatov ne najdemo, bomo določili omejitve fluksa posameznih GRB in difuzni nevtrinski fluks v EeV energijskem območju. Ta vrednost bo dopolnjevala meritve observatorijev IceCube in ANTARES. Prav tako bomo simulirali nastanek nevtrinov v GRB z uporabo programske opreme "Simulations Of Photo Hadronic Interactions in Astrophysics" (SOPHIA) in NeuCosmA, pri tem pa postavili omejitve na obstoječe modele kot sta emisijski radij in Lorenzov faktor. Uporabili bomo tehniko posameznega delca ("single particle technique") pri iskanju korelacije med GeV fotoni iz GRB in podatki PAO. Ta metoda temelji na pogoju, da posamezni delci iz dovolj močne visokoenergijske emisije GRB ustvarijo znaten presežek signala v primerjavi z nihanjem ozadja. Na časovni skali ene sekunde bi tako lahko opazili povečanje stopnje ozadja v vseh detektorjih observatorija.
V naslednjem koraku bomo iskali korelacijo med posameznimi GRB in najbolj energijskimi kozmičnimi žarki v 10 letnih podatkih PAO. V naši raziskavi bomo obravnavali vrednosti odklona UHECR 3°, 6° in, kjer je mogoče, 9°. Korelacijo med smerjo prihoda UHECR in GRB lahko določimo kot dogodek, kjer je kot med smerjo in dvema dogodkoma manjši kot skupna napaka ali manjši kot 10 stopinj. Za namen testiranja znatne statistike bomo opravili Monte Carlo simulacije, potem ko vzpostavimo pare UHECR-GRB.
Poleg podatkov PAO bomo prav tako preučili občutljivost observatorija Cherenkov Telescope Array (CTA) na signale GRB. CTA je izmed največjih astrofizikalnih eksperimentov naslednje generacije in je trenutno v prvi fazi gradnje. Trenutno je eden izmed najpomembnejših znanstvenih projektov v Evropi in Sloveniji. Za namen nadaljnjega dela bomo testirali občutljivost CTA na te prehodne objekte, kar bo optimiziralo opazovalno strategijo observatorija. S simuliranim fluksom gama žarkov za nekaj GRB, ki oddajajo visokoenergijske gama žarke, bomo znotraj več sto sekund ugotovili, če je CTA zmožen ujeti ta tip GRB. S tem pa bomo prilagodili opazovalno strategijo CTA za povečanje detekcij takšnih GRB.
GRB so v središču pozornosti nove dobe večglasniške astronomije, saj lahko njihove fizikalne lastnosti izvemo preko fotonov, nevtrinov, gravitacijskih valov in kozmičnih žarkov. Z našo raziskavo, ter globalno mrežo observatorijev, predvidevamo v naslednjih nekaj letih revolucionarno odkritje prvega GRB.
Pomen za razvoj znanosti
Izbruhi gama žarkov (GRB) so močni viri svetlobe zgodnjega Vesolja in ekstremni fizikalni laboratoriji. Trenutno so ena izmed najbolj vročih tem v astrofiziki in v središču pozornosti dobe večglasniškega ("multi-messenger") opazovanja. Zahvaljujoč različnim satelitskim in površinskim observatorijem, je to razburljiv čas na področju GRB. Odkritje kozmičnih žarkov, nevtrinov, fotonov in gravitacijskih valov iz GRB nam bo omogočilo neprimerljiv vpogled v njihovo naravo in izvor. GRB so prav tako ključna sestavina pri razumevanju razvoja zvezd in zgodnjih galaksij.
Observatorij Pierre Auger (PAO) je kot največji detektor kozmičnih žarkov ekstremnih energij (UHECR) požel mnogo uspeha pri opazovanju teh energijskih delcev. V tem delu bomo preverili možnost detekcije GRB s PAO preko iskanja nevtrinov in fotonov, ter jih primerjali z opaženimi UHECR. Z uporabo PAO, kot nepogrešljivi del globalne mreže večglasniških detektorjev, bomo razvili opazovalno strategijo in izvajali analizo podatkov za namen razlage odkritij. Prepričani smo, da bomo dosegli prva revolucionarna odkritja s prizadevanjem skupnega mednarodnega sodelovanja.
Pomen za razvoj Slovenije
Astrofizika, kot temeljna znanost, raziskuje lastnosti narave in izboljšuje temeljno znanje naše družbe. Odkritje oddaljenih prehodnih pojavov, ki jih imenujemo GRB, bo celovito vplivalo na naše razumevanje Vesolja in fizikalnih zakonov v naravi. Prav zaradi motivacije po napredku bodo razvite nove tehnološke inovacije. Projekt bo zato vplival na družbo in gospodarstvo preko možnosti prenosa znanja in najnovejših tehnik, ki bodo razvita za namen mednarodnih raziskovalnih sodelovanj. To bo posledično pospešilo tehnološki in splošni razvoj družbe.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
