The radial distribution of galactic gamma rays

Strong et al 1988A&A…207..1S

Presentado por: José M. Fernández C.

www.starryscapes.com

Objetivos

• Estudiar la correlación entre rayos gamma y trazadores de gas interestelar en el plano Galáctico.

• Calibrar la razón entre la densidad de columna de hidrógeno molecular y la intensidad de línea de CO integrada:

X = N(H2 ) / WCO

?

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Breve Reseña Histórica

• 1970: Carruthers observa absorción de H2 en el UV lejano sobre el espectro de la estrella Persei.

• 1978: Dickman establece que las moléculas de CO son un buen trazador de H2 .

• 1981: Lequex describe las dificultades de medir la relación entre CO y H2 .

• 1982: Lebrun et al estudian la correlación entre flujo de rayos gamma y cuentas de galaxias.

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Lebrun et al 1982: las primeras pistas

• Asumen que la emision de rayos gamma se debe a la interacción de rayos cósmicos (CR) con el gas presente en el medio interestelar.

• Suponen que la densidad de galaxias de campo depende de la cantidad de gas (y polvo) presente en la linea de visión.

• Muestran que estas cantidades se relacionan bien a lo largo del

plano galactico, incluso mejor que con la emisión en 21 cm.

galaxias

CR

21 cm.

Interacciones entre CR y el gas interestelar

• Interacciones nucleares entre los CR más energéticos (protones) y los nucleos del gas interestelar, produciendo mesones º, que decaen a rayos gamma.

• “Bremsstrahlung”, emisión de rayos gamma por scatering coulombiano de electrones frente a los nucleos del gas del medio interestelar.

• Efecto Compton inverso, en que participan fotones del infrarrojo y del fondo de radiacíon cósmica.

80’s : perfeccionando el método

• 1982: Strong et al “mapean” regiones de H2 en la Galaxia comparando la emisión en rayos gamma y la emisión en 21 cm:

N(H2 ) = (4/q)·(I - IB) - N(HI )

• 1983: Lebrun et al calibran la relación X = N(H2 ) / Wco a partir de observaciones del primer cuadrante de la Galaxia, utilizando datos en rayos gammma del satélite COS-B, mas “surveys” de CO (Columbia) y HI (Berkley):

I = A·N(HI ) + B·Wco + C.

• 1984 -1987: Strong, Bloemen y Lebrun et al estudian la emisión de rayos gamma en el resto de la galaxia, e incorporan nuevos elementos en la modelación de las observaciones.

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Strong et al 1988: Resultados finales

• Ajuste de la emisión de rayos gamma considerando distintos rangos enrgéticos, y comparando con la emisión de CO y HI proveniente de varios radios galácticos.

• Rangos energéticos: 70 - 150 MeV, 150 – 300 MeV,

300 - 5000 MeV.

• Radios galácticos: 2-4, 4-8, 8-10, 10-12, 12-15 y >15 kpc, tomando R = 10 kpc.

• Además incluyen en el ajuste modelos para el efecto compton inverso, la presencia de fuentes puntuales y el ruido instrumental.

Strong et al 1988: Resultados finales

• Los mapas de intensidad de rayos gamma en cada intervalo energético j fueron representados por la siguiente expresión:

I j = { i qij /4·[N(HI )ij + 2Y·WCO,ij ] } + fIC,j IIC,j + Ib,j + k fkj Ikj

i,j : indices para distancia radial y rango energético, respectivamente.

qij : emisividad de rayos gamma por átomo de hidrogeno.

N(HI )ij : densidad de columna de hidrógeno atómico, a una distancia i.

WCOij : intensidad de línea integrada de 13CO (J = 1 - 0).

Y : valor aparente de X a partir de rayos gamma (X = N(H2) / WCO).

fIC,j IIC,j : emisión por efecto Compton inverso.

Ib,j : ruido instrumental.

fk Ik : emisión de fuentes puntuales.

Strong et al 1988: Resultados finales

Strong et al 1988: Resultados finales

• El mejor ajuste se obtuvo para modelos en que la emisividad no depende del rango energético.

• A partir de los valores de Y, se obtuvo el siguiente valor de X :

X = N(H2 ) / WCO = 2.3 0.3 · 1020 mol. cm-2 (K km s-1)-1

¿ que resultados se han obtenido en otros trabajos?

Resultados obtenidos previamente para X

• Tabla adapatada de Bloemen et al 1986:

¿Que peso ha tenido el trabajo de Strong et al ?

• F. Combes, en un review de 1991 sobre la distribución de CO en la Galaxia, cita los trabajos de Strong, Lebrun y Bloemen como el principal método independiente para la medición de X.

• Despues de Frerking et al 1982, el trabajo de Strong et al 1988 es de los más citados en el contexto de la calibración del parámetro X (~ 400 vs 300 citas). En conjunto, las publicaciones del grupo de Strong durante los 80’s suman más de 1000 citas.

• El estudio de rayos gamma es fuente de muchas citas hasta hoy, especialmente el review de Bloemen de 1989. Tambien han sido citados en trabajos sobre rayos cósmicos y rayos x.

Referencias

• Bloemen_1984A+A...135...12B• Bloemen_1984A+A...139...37B• Bloemen_1986A+A...154...25B• Bloemen_1989ARA+A..27..469• Carruthers_1970ApJ...161L..81C• Carruthers_1970SSRv...10..459C• Combes_1991ARA+A..29..195C• Dickman_1978ApJS...37..407D• Frerking_1982ApJ...262..590F• Lebrun_1982A+A...107..390L• Lebrun_1983ApJ...274..231L• Lequex_1981ComAp…9..117L• Strong_1982A+A...115..404S• Strong_1985A+A...145...81S• Strong_1988A+A...207....1S