Τρίτη, 14 Οκτωβρίου 2008

On the rapid TeV flaring activity of Markarian 501

Και πάλι σχετικά με το MAGIC και το flare που καταγράφηκε στις 9 Ιουλίου του 2005.

Για αυτό το θέμα έχω γράψει μία σειρά από posts, Ενδιαφέροντα νέα από το MAGIC, Ομιλία Δ. Νανόπουλου 5/12/07, Τα 4’ που (δεν) ανατρέπουν τη Φυσική και η ομιλία Νανόπουλου και Markarian 501 και Νανόπουλος, με τελευταίο το Probing Quantum Gravity with MAGIC?.

Το νέο (και πολυαναμενόμενο..) αυτή τη φορά είναι η εργασία, A. Mastichiadis and K. Moraitis, On the rapid TeV flaring activity of Markarian 501, που έγινε δεκτή από το Astronomy & Astrophysics.

Παραθέτω το abstract:

Aims. We investigate the one-zone SSC model of TeV blazars in the presence of electron acceleration. In this picture electrons reach a maximum energy where acceleration saturates from a combination of synchrotron and inverse Compton scattering losses.
Methods. We solve the spatially averaged kinetic equations which describe the simultaneous evolution of particles and photons, obtaining the multi-wavelength spectrum as a function of time.
Results. We apply the model to the rapid flare of Mrk 501 of July 9, 2005 as this was observed by the MAGIC telescope and obtain the relevant parameters for the pre-flare quasi steady state and the ones during the flare.We show that a hard lag flare can be obtained with parameters which lie well within the range already accepted for this source. Especially the choice of a high value of the Doppler factor seems to be necessary.


Στην βάση αυτής της εργασίας βρίσκεται λίγο-πολύ ο μηχανισμός που έχω περιγράψει στο post Ομιλία Δ. Νανόπουλου 5/12/07.

Συγκεκριμένα, όπως αναφέρουν και οι συγγραφείς:

In the present paper we have attempted to explain the Mrk 501 rapid variability as observed by the MAGIC telescope in 2005 with a one-zone model which includes particle acceleration plus radiation. According to this particles are injected into some acceleration mechanism at low energies and subsequently they accelerated to high energies. They also radiate synchrotron and SSC radiation, thus losing energy. The acceleration process saturates eventually at some particle energy where it is balanced by the radiative losses. In this picture, the basic mechanism for producing hard lags as the one observed by MAGIC (Albert et al. 2007), could be a brief episode of enhanced particle injection. As the freshly injected particles move to high energies they will radiate first soft photons and later harder ones, thus creating a hard lag flare. This episode occurs on top of a quasi steady state that the particles were assumed to have achieved in the pre-flare state and to which they return in post-flare. Thus according to this picture, MAGIC has caught electron acceleration at work. While hard lags can be explained by increasing the particle injection at low energies, the observed spectral hardening of the flare requires that, in addition, the acceleration timescale and/or the magnetic field strength should be reduced over their pre-flare values. Even if variation in one of the above parameters can produce a spectral hardening, varying both simultaneously improves the lightcurve fit. Given, however, the complexity of the overall flaring activity of TeV blazars, we consider the issue to be open, requiring more detailed observations.


Δηλαδή, το hard lag (η καθυστέρηση των φωτονίων υψηλής ενέργειας) που παρατήρησε το MAGIC μπορεί να ερμηνευτεί από τον μηχανισμό του synchrotron self-compton (SSC), με την υπόθεση ότι κάποια στιγμή εισήχθησαν στην περιοχή επιτάχυνσης ηλεκτρόνια χαμηλής ενέργειας, τα οποία καθώς επιταχύνονταν σε υψηλότερες ενέργειες ακτινοβολούσαν, αρχικά φωτόνια χαμηλής ενέργειας και μετά φωτόνια υψηλής ενέργειας.

Η εργασία αυτή αποτελεί ουσιαστικά την ποσοτική επιβεβαίωση των όσων έχουν συζητηθεί στα προηγούμενα posts.
Νομίζω ότι με αυτό το post, λογικά, κλίνει και αυτό το θέμα. Εκτός αν υπάρξει κάτι το συνταρακτικό...

4 σχόλια:

Γιώργος είπε...

Vagelford συγγνώμην για το απλοϊκό της σκέψης μου αλλά έχω κάποιες απορίες.

Το προϊόν της εργασίας που παρουσιάζεις βασίζεται σε παρατηρήσεις, σε κάποιο μοντέλο ή σε κάποιο επιβεβαιωμένο από παρατηρήσεις μοντέλο; Έχω την εντύπωση ότι πρόκειται περί μοντέλου.

Δεν παίρνω θέση, αλλά μήπως τελικά οι κοσμολόγοι προσπαθούν από ψύλλους στα άχυρα να καταλάβουν πως είναι ο αχυρώνας;

Vagelford είπε...

Δεν είμαι σίγουρος τι ακριβώς εννοείς όταν λες "επιβεβαιωμένο από παρατηρήσεις μοντέλο".

Θα σου πω γενικά που βασίζεται το αποτέλεσμα της εργασίας και μετά το συζητάμε.

Καταρχήν, το όλο μοντέλο της παραγωγής ακτινοβολίας σε αυτές τις πηγές βασίζεται σε δύο μηχανισμούς. Ο ένας είναι η ακτινοβολία σύχροτρον που εκπέμπει κάποιο επιταχυνόμενο φορτίο μέσα σε μαγνητικό πεδίο και ο άλλος είναι ο αντίστροφος σκεδασμός Compton φωτονίων χαμηλής ενέργειας από ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας.

Και οι δύο αυτοί μηχανισμοί είναι πολύ καλά γνωστοί και έχουν επαληθευτεί σε πειράματα στο εργαστήριο.

Επίσης είναι αρκετά καλά τεκμηριωμένος ο μηχανισμός μέσω του οποίου τα ηλεκτρόνια μπορούν να επιταχυνθούν σε κρουστικά κύματα και πως μετά αυτά τα ηλεκτρόνια μπορούν να δώσουν με την βοήθεια των παραπάνω μηχανισμών, φωτόνια που να ακολουθούν φάσματα της μορφής νόμου δύναμης, όπως αυτά που παρατηρούνται γενικά από αυτές τις πηγές.

Δηλαδή, το σύνολο των παρατηρησιακών δεδομένων υποδεικνύουν έντονα ότι οι μηχανισμοί με τους οποίους γενικά παράγεται ακτινοβολία σε αυτές τις πηγές είναι οι δύο παραπάνω. Φυσικά υπάρχουν κάποια ανοιχτά θέματα ακόμα πάνω σε αυτά, που αφορούν κυρίως το ζήτημα της επιτάχυνσης, του δηλαδή ποιες είναι ακριβώς οι λεπτομέρειες της επιτάχυνσης των ηλεκτρονίων στα κρουστικά κύματα, ειδικά όταν αυτά είναι σχετικιστικά.

Αυτά είναι η βάση. Σε επόμενο επίπεδο, ο μηχανισμός του sychrotron self-compton (SSC), που εξηγεί την μορφή των φασμάτων από τις ακτίνες Χ μέχρι τις ακτίνες γ (οι χαρακτηριστικές δύο καμπούρες), έχει παρουσιάσει γενικά πολύ καλή δυνατότητα να αναπαράγει τα παρατηρούμενα φάσματα αυτών των πηγών και νομίζω ότι είναι αποδεκτός ως ο απλούστερος και καλύτερος υποψήφιος μηχανισμός για την ερμηνεία της σταθερής εκπομπής αυτών των πηγών. Φυσικά και εδώ υπάρχουν ακόμα ανοιχτά ζητήματα που αφορούν για παράδειγμα τους πληθυσμούς των ηλεκτρονίων και το πως εισάγονται στην περιοχή ακτινοβολίας, αλλά γενικά υπάρχει ένα αποδεκτό πρότυπο (έστω και ποιοτικό) που στηρίζεται και στις παρατηρήσεις των ενεργών περιοχών των AGNs.

Το τελευταίο κομμάτι, αφορά την δυναμική του ίδιου του flare, όπου αυτό είναι και το καινούριο της όλης υπόθεσης. Η εργασία η συγκεκριμένη λοιπόν, υποθέτει ότι υπάρχει κάποια μεταβολή της μέσης κατάστασης, η οποία και ευθύνεται για την μετάβαση από την σταθερή εκπομπή, στην εκπομπή της έκλαμψης και μετά πάλι στο σταθερό υπόβαθρο.

Η όλη αυτή ιστορία βασίζεται στους ίδιους μηχανισμούς που θεωρούμε για την σταθερή κατάσταση του υποβάθρου, με την διαφορά ότι δίνεται έμφαση σε μια χρονικά μεταβαλλόμενη διαδικασία. Δεν υπάρχει δηλαδή καινούρια φυσική. Απλά αυξάνουμε σε πολύ μικρό βαθμό την περιπλοκότητα στην περιγραφή του φαινομένου.

Δεν ξέρω αν βοήθησαν καθόλου όλα αυτά.

Γιώργος είπε...

Σίγουρα βοήθησαν και σε ευχαριστώ για την απάντησή σου.

Ένα θέμα είναι το αν η ταχύτητα του φωτός εξαρτάται από την συχνότητα όπως λένε ο κ.Νανόπουλος και άλλοι στα μοντέλα τους. Όταν λες έκλεισε το θέμα εννοείς τo θέμα της προέλευσης του Markarian 501 flare ή του μοντέλου του Νανόπουλου που ανάφερα.

Vagelford είπε...

Δεν έχω γράψει και δεν μπορώ να ισχυριστώ ότι η θεωρία του Νανόπουλου ή οι διάφορες θεωρίες που προβλέπουν κάποια σχέση διασποράς για την ταχύτητα του φωτός, είναι λάθος ή αβάσιμες ή αποκλείονται απολύτως από τα παρατηρησιακά δεδομένα (τουλάχιστον μέχρι τώρα, αν και υπάρχουν μελέτες που έχω αναφέρει που το υποδεικνύουν αυτό).

Αυτό που έχω γράψει και ισχυρίζομαι είναι ότι οι θεωρίες αυτές δεν επιβεβαιώνονται και δεν μπορούν να επιβεβαιωθούν από τις παρατηρήσεις των AGNs και των GRBs, όπως ισχυρίζεται ο Νανόπουλος. Και ειδικότερα, αυτό που λέω είναι ότι αυτά τα φαινόμενα που ψάχνει ο Νανόπουλος για τη θεωρία του, ερμηνεύονται καλύτερα, συνεπέστερα και ευκολότερα από κλασικούς μηχανισμούς που ξέρουμε ότι λειτουργούν σε αυτά τα αντικείμενα.

Οπότε, όταν λέω ότι έκλεισε το θέμα, εννοώ ότι έκλεισε από την μεριά μου και ότι δεν βρίσκω λόγο να γράψω τίποτα άλλο σχετικά με τις θεωρίες που προβλέπουν σχέση διασποράς για την ταχύτητα του φωτός και την επιβεβαίωσή τους από τέτοιες αστροφυσικές παρατηρήσεις, εκτός αν υπάρξει κάτι συγκλονιστικά καινούριο. Δηλαδή, για εμένα το θέμα είχε κλείσει από καιρό (με τα δεδομένα που έχω υπόψη μου), απλά περίμενα και το συγκεκριμένο paper με την εφαρμογή αυτού του μοντέλου στο συγκεκριμένο flare για το κερασάκι.