Observation des radioactivités Jürgen Knödlseder Centre dEtude Spatiale des Rayonnements, Toulouse, France Carte du ciel de la raie gamma à 1809 keV (Plüschke.

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1 Observation des radioactivités Jürgen Knödlseder Centre dEtude Spatiale des Rayonnements, Toulouse, France Carte du ciel de la raie gamma à 1809 keV (Plüschke 2001)

2 Plan du cours 26 Al 44 Ti SN 1987A SN Ia Novae Résumé

3 26 Al - découverte par HEAO-3 HEAO-3 : spectromètre Ge (Mahoney et al. 1984) Flux ~ 4 x 10 -4 ph cm -2 s -1 supernovae ?novae ? Wolf-Rayet ? AGB ? Quelle source peut produire le flux observé ? SN II Novae géants rouges (étoiles AGB) étoiles Wolf-Rayet source local ? hypernova au centre galactique ?

4 26 Al - imagerie par COMPTEL Carte du ciel de la raie gamma à 1809 keV (Plüschke 2001) flux GC ~ 4 x 10 -4 ph cm -2 s -1 source galactique émission asymétrique émission du Cygne z < 200 pc similaire à lémission libre-libre MIS ionisé lien avec les étoiles massives SN et étoiles Wolf-Rayet Carte du ciel à 53 GHz (DMR)

5 26 Al - incertitudes Plüschke 2001 la structure dans les images depend de la méthode utilisée méthodes pixelisées montrent trop de structure - Maximum dEntropie - Maximum de vraisemblence méthode multi-résolution montre seulement la structure significative Maximum dEntropie Multirésolution Maximum de vraisemblence émission galactique émission asymétrique (nord-sud) émission dans le Cygne

6 26 Al - distribution galactique Knödlseder 1997 Paladini et al. 2004 26 Al - données COMPTEL régions HII galactiques étude de la structure galactique influence de la métallicité sur taux 26 Al

7 26 Al - spectroscopie du centre galactique 540 km s -1 ? 5 x 10 8 K ? RHESSI (Smith 2003) GRIS (Naya et al. 1996) SPI (Diehl et al. 2003) Largeur de la raie 1809 keV (FWHM) Spectre GRIS FWHM = 5.4±1.4 keV

8 26 Al - la région du Cygne Plüschke 2001 MSX Knödlseder 2000 Cyg OB2 - 120 étoiles Oémission 1809 keV émission infrarouge

9 Cygnus X - populations stéllaires Knödlseder et al. 2002 Base de données WEBDA catalogue des associations OB observations optiques / IR Recensement 10 associations OB 22 amas ouverts jeunes 204 étoiles O (M > 20 M o ) distances âges richesse

10 Cygnus X - modèle multi- Cygnus X - modèle multi- Knödlseder et al. 2002 correlation 1809 keV 53 GHz flux dominaté par Cyg OB2 (50%) flux 53 GHz reproduite flux 1809 keV sous-éstimé (facteur 2) Mélange à linterieur des étoiles / rotation ? DMR 53 GHz (gris) versus COMPTEL 1809 keV (contours)

11 26 Al - spectroscopie de la région du Cygne Flux* = (7.3 ± 0.9) x 10 -5 ph cm -2 s -1 Energie** = 1808.4 ± 0.3 keV FWHM = 3.3 ± 1.3 keV * l = [ 72°, 93° ] ; b = [ -7°, 7° ] ** E 26Al = 1808.65 keV E 0 = 1808.4 ± 0.3 keV v rad = -41 ± 50 km s -1 FWHM 1 = 2.0 - 4.6 keV v = 330 - 760 km s -1 expansion ? turbulence ? Knödlseder et al. 2004

12 60 Fe - détection par RHESSI ? Smith 2003 1172 keV Flux = (5.2 ± 2.0) x 10 -5 ph cm -2 s -1 10% du flux 1809 keV ( 26 Al) 2.6 1333 keV 1172 + 1333 keV

13 44 Ti - observation COMPTEL de Cas A Cas A la dernière (?) supernova galactique catalogue de Flamsted (1680) : étoile 6 m effondrement détoile massive (étoile à neutrons) type Ib/Ic ? distance ~ 3.4 kpc spectres X indiquent mélange des éjecta COMPTEL observation dune émission gamma à 1157 keV flux taux de 44 Ti image Chandra (rayons X mous)

14 44 Ti - confirmation par BeppoSAX Vink et al. 2001 BeppoSAX observation des raies basse énergie (67.9, 78.4 keV) flux BeppoSAX ~ (2.1 ± 0.7) x 10 -5 ph cm -2 s -1 flux COMPTEL+BeppoSAX ~ (2.5 ± 1.0) x 10 -5 ph cm -2 s -1 taux 44 Ti ~ (0.8 - 2.5) x 10 -4 M sol

15 44 Ti - nucléosynthèse de 44 Ti ionisation ? asymmetrie ? Cas A M 44 ~ (0.8-2.5) x 10 -4 M sol compatible avec modèles ? problème du 56 Ni (m V = -4 m ) SPI profile (largeur) de la raie profile de vitesse

16 44 Ti - une autre source dans Vela ? Carte du plan galactique COMPTEL à 1157 keV (Iyudin et al. 1998) RX J0852-4622… detection COMPTEL reste marginal Iyudin et al. 1998

17 44 Ti - autres sources ? Carte du ciel COMPTEL à 1157 keV (Collmar, communication privé) Cas A … ou sont les autres ?

18 SN 1987A - un évenement exceptionnel distance ~ 50 kpc (Grand Nuage de Magellan) progéniteur bleue : B3I (M ~ 20 M ) (mais pourquoi ?) coquille circumstellaire riche en azote (supergeant rouge ~20000 ans avant lexplosion) détection de 19 neutrinos collapse NS détection des éjecta radioactifs (raies ) raies démission : mélange des éjecta, asymétries

19 SN 1987A - observations gamma 56 Co : 847 et 1238 keV (SMM) preuve directe de la nucléosynthèse (2 x 10 -4 M ) 57 Co : 122 keV (OSSE) rapport isotopique 57 Ni / 56 Ni ~ 1.5 - 2 solaire en accord avec les modèles théoriques recherche du 60 Co et du 44 Ti avec SPI en cours

20 SN 1987A - surprises Courbe de lumière de la raie à 847 keV traceur de l'opacité de l'enveloppe émission « précoce » mélange considérable des éjecta Spectroscopie de la raie à 847 keV décalage vers le rouge (844.6 ± 1.2 keV) éjection du 56 Co asymétrique élargissement de la raie accélération des éjecta (effet Doppler)

21 SN Ia - SN 1991 T spectroscopie optique : inversion des strates (C lent, Fe rapide) explosion super-Chandrasekhar 56 Ni > 1.4 M supernova sur-lumineuse SN 1991T type Ia, sur-lumineuse (2-3 fois) NGC 4527 (13-17 Mpc) possible détection de 56 Co taux de 56 Ni ~ 1.3-2.3 M COMPTEL flux ~ (5±2) x 10 -5 ph cm -2 s -1 coalescence de deux naines blanches Morris et al. 1995

22 SN Ia - SN 1998bu SN 1998bu type Ia, typique M96 (11 Mpc) recherche du 56 Co par CGRO (OSSE : 140 jours, COMPTEL : 90 jours) Flux < 2 x 10 -5 ph cm -2 s -1 Courbe de lumières théoriques dépend du mécanisme dexplosion limite supérieur contrains modèles Georgii et al. 2000

23 Novae - observations individuels Novae sources potentiels de 7 Be (478 keV) - CO 13 N (511 keV) 18 F (511 keV) 22 Na (1275 keV) - ONe 26 Al (1809 keV) seulement limites superieurs pas de source important d 26 Al detectibilité par SPI 1 kpc possibilité de détecter le 511 keV avec le blindage de SPI

24 Novae - emission cumulée Novae taux galactique ~ 35 ans -1 taux ONe ~ 10 ans -1 7Be = 77 jours 22Na = 3.8 ans ~ 7 novae visible in 7 Be ~ 40 ONe novae visibles in 22 Na SPI résolution angulaire ~ 2.5° émission diffuse

25 Résumé 26 Al10 6 ans1809 keVGalaxie région du Cygne 60 Fe2.2 x 10 6 ans1173 keV 1333 keV Centre galactique (marginal) 44 Ti87 ans68 keV 78 keV 1157 keV Cas A RX J0852.0-4622 56 Co 57 Co 112 jours 392 jours 847 keV 1238 keV 122 keV SN 1987A SN 1991 T (?) Détections

26 Résumé 56 Ni 57 Ni 8.5 jours 2.1 jours 158 keV 812 keV 1378 keV Supernovae (tout type) 59 Fe64.2 jours1099 keV 1292 keV Supernovae (type Ib/c, II) 7 Be77 jours478 keVNovae, supernovae (type Ib/c, II) 22 Na3.8 ans1275 keVNovae, supernovae 60 Co7.6 ans1173 keV 1333 keV Supernovae (type Ib/c, II) Recherches