Hoge-energie-astrofysica

Lessenreeks hoge-energie-astrofysica

Lesgever: Walter Simons

De cursus zal gegeven worden op basis van het schema: ”2 opeenvolgende donderdagen les, gevolgd door 2 opeenvolgende donderdagen geen les”, op lesdagen telkens van 20u tot 22u.

De datums van de eerstvolgende reeks lessen worden spoedig medegedeeld.

Overzicht cursusonderwerpen

ATMOSFERISCHE DEELTJESCASCADES

Hoogenergetische ‘primaire’ kosmische deeltjes dringen voortdurend de aardatmosfeer binnen en veroorzaken daarbij cascades (lawines) van relativistische secundaire deeltjes. Enorme detectors over de hele wereld bepalen uit de ‘voetafdruk’ van deze ‘Extended Air Showers’ hun aankomstrichting, energie en samenstelling. Deze analyse geeft belangwekkende informatie over de kosmos.

INTERACTIES VAN HOOGENERGETISCHE KOSMISCHE DEELTJES

Hoogenergetische kosmische deeltjes voeren met elkaar en met de kosmische microgolf-achtergrondstraling en magneetvelden interacties uit die de oorzaak zijn van zowel afremmings- als versnellings- en stralingsprocessen. De belangrijkste zijn inverse Comptonverstrooiing (IC), synchrotronstraling (SR) en Bremsstrahlung (BS).

SUPERNOVA’S

Sterren ondergaan op het einde van hun bestaan explosies met gigantisch vermogen, die te wijten zijn aan hetzij gravitationele kerncollaps hetzij thermonucleaire kettingreacties. Deze meest extreme astrofysische fenomenen zijn onontbeerlijk voor de chemische evolutie van het interstellaire medium, met inbegrip van sterren- en planetenstelsels, en sommige ervan dienen als bakens voor de bepaling van afstanden in het universum.  

SUPERNOVARESTEN

De bij sterexplosies weggeslingerde materie breidt zich in verschillende fasen uit in het interstellaire medium. Deze in verschillende stadia expanderende structuren veroorzaken schokgolven die het omringende gas exciteren en ioniseren en deeltjes versnellen. De restanten van supernova’s, sommige ‘historisch’ (zoals die van Tycho, Kepler, Cassiopeia, Krabnevel,…), zijn nog steeds zichtbare, fraaie en fel bestudeerde objecten aan de sterrenhemel.

VERSNELLING VAN KOSMISCHE DEELTJES

Hoe deeltjes in de kosmos aan hun enorme energie geraken is al meer dan een eeuw een niet geheel opgelost raadsel. Voor galactische kosmische stralen blijkt diffusieve schokversnelling via het ‘Fermi-mechanisme’ door expanderende supernovaresten aan de basis te liggen. Voor de versnelling van extragalactische deeltjes dienen zich een aantal plausibele kandidaten aan.

ACTIEVE MELKWEGSTELSELS

Sommige melkwegstelsels bevatten een supermassief zwart gat als ‘actieve kern’ en vertonen een ongewoon krachtige emissie van materie en straling. Deze compacte gebieden met fenomenale lichtkracht worden aangeduid als quasars, blazars, Seyfert-galaxieën, gamma-uitbarstingen, of radiogalaxieën. Accretiemechanismen doen enorme jets ontstaan en de lobben van zulke AGN (Active Galactic Nuclei) vormen ‘hotspots’ voor de versnelling van kosmische deeltjes. Al deze structuren stralen een extreem hoog vermogen uit.

NEUTRONENSTERREN EN PULSARS

Compacte, snel draaiende neutronensterren zijn resten van de explosie van massieve sterren. Ze hebben een enorme massa en zenden straling uit waarvan de richting niet samenvalt met hun rotatieas. Deze ‘kosmische vuurtorens’ verwekken een onvoorstelbaar hoog magneetveld en sommige ‘millisecondepulsars’ veroorzaken sterrenwinden die deeltjes versnellen tot gigantische energieën. Ze vormen unieke ‘laboratoria’ voor de studie van materie in extreme magnetische en gravitatievelden.

ULTRA- en EXTREEM-HOOGENERGETISCHE KOSMISCHE STRALEN

Erg zeldzame kosmische stralen met energieën boven de exa-elektronvolt, tientallen miljoenen meer dan de hoogste door aardse acceleratoren geproduceerde deeltjesenergie, worden gedetecteerd via hun interactieproducten in de aardatmosfeer. Sommige overschrijden de GZK- (Greisen-Zatsepin-Kuzmin-)limiet. Het is vooralsnog onbekend welke astrofysisch object aan hun oorsprong ligt en hoe ze in het universum geïnjecteerd worden.

HOOGENERGETISCHE GAMMASTRALEN EN NEUTRINO’S

De door IceCube en andere onderaardse of onderzeese detectors waargenomen hoogenergetische neutrino’s en gammastralen (met energieën tot 100 miljoen maal die van supernova-neutrino’s) worden waarschijnlijk door dezelfde fysische processen verwekt in extragalactische ‘punt’bronnen (zoals blazars) of bij de interactie van kosmische stralen met materie nabij hun bronnen of tijdens hun propagatie.

GRAVITATIEGOLVEN

Sinds de indirecte observatie van zwaartekrachtsgolven in de Hulse-Taylor-binaire pulsar (Nobelprijs 1993) en de rechtstreekse observatie ervan door de Virgo- en LIGO-detectors in 2015 hebben deze ‘rimpelingen’ op de ruimtetijd heel wat informatie geleverd over de coalescerende compacte binaire en axiaal-asymmetrische systemen waaruit ze ontstaan (zoals supernova’s en neutronensterren) en een revolutionaire methode geleverd voor de studie van het universum.

PRAKTISCH

De lessen ter plaatse gaan door op donderdagavond, van 20 tot 22 uur, op  basis van het schema: ”2 opeenvolgende donderdagen les, gevolgd door 2 opeenvolgende donderdagen geen les”. 

De lessen starten in september 2023 en eindigen in mei 2024.

CURSUSKOST (DEEL 5)

LOKAAL-PAS :  35 euro

VIDEO-PAS: 45 euro

COMBI-PAS: 55 euro

HEA PLUS - COMBI: 75 euro (dit omvat deel 5 in combipas + alle lessen voorgaande jaren in videopas)

HEA PLUS - VIDEO: 65 euro (dit omvat deel 5 in videopas + alle lessen voorgaande jaren in videopas)

Inschrijven en betalen doe je  via de online activiteitenshop.

• Hoge-energie-astrofysica

• Urania Lidmaatschap

Na de verwerking door onze administratie ontvang je je inschrijvingsbewijs per e-mail.