GRBNeutrino Detektion mit dem ANTARES Teleskop Melitta NaumannGod

GRB-Neutrino Detektion mit dem ANTARES Teleskop Melitta Naumann-Godó Schule für Astroteilchenphysik in Obertrubach-Bärnfels 6. – 15. Oktober 2004

Das Feuerball-Modell [Waxmann, Bahcall] • Burstquelle ist kompaktes Objekt, das einen mit v ~ c ausbreitenden Materiefluss bewirkt (G > 100) • Burst entsteht wenn im Materieausfluss verschiedene Schalen sich mit unterschiedlichen G ausbreiten und kollidieren • Wenn Feuerball durch das umgebende Medium auf v << c abgebremst wird entsteht der Afterglow (wochenlanges Nachglühen der Materie) Feuerball meist anisotrop: ultra-relativistische Jets mit Öffnungswinkel 1/G Melitta Naumann-Godó Schule für Astroteilchenphysik in Obertrubach-Bärnfels Okt 2004

Das Feuerball Modell: Strahlungsprozesse Elektronen Protonen • Spektrum: • Produktionsrate: • Energieverluste durch: Synchrotron-Strahlung Inverse Comptonstreuung • Energieverluste durch: D-Resonanz p+ e+nenmnm p 0 2 g • Entstehung von ke. V-Me. V g Melitta Naumann-Godó • Entstehung von ~1014 e. V Neutrinos Seminar zu aktuellen Fragen der Astroteilchenphysik 2004

Neutrinos aus der inneren Schockregion ~ 1014 e. V Neutrinoerzeugung über Photo-Meson-Produktion: Schwellenenergie: mit eg ~ 1 Me. V, G ~ 300 folgt: ep ~ 1016 e. V Pion erhält ca. 20% der Protonenenergie, die sich gleich auf alle Zerfalls. Leptonen verteilt en ~ 1014 e. V Protonenerzeugungsrate: Neutrinofluss: Melitta Naumann-Godó Schule für Astroteilchenphysik in Obertrubach-Bärnfels Okt 2004

Afterglow-Neutrinos ~ 1017 e. V Hochenergetische Protonen (beschleunigt in „reverse shocks“) können mit 10 – 1000 e. V Photonen reagieren und über Pionzerfall 1017 – 1019 e. V Neutrinos erzeugen Neutrinofluss abhängig von der Dichte der Materie, die Feuerball umgibt: a) n~1 cm-3 bei interstellarer Materie b) n~104 cm-3 Sternenwind bei Kollaps eines massiven Sterns a) Fluss zu niedrig nicht detektierbar b) Fluss Melitta Naumann-Godó Schule für Astroteilchenphysik in Obertrubach-Bärnfels Okt 2004

Neutrinoflüsse von GRBs Melitta Naumann-Godó Schule für Astroteilchenphysik in Obertrubach-Bärnfels Okt 2004

GRB-Neutrinodetektion mit ANTARES • Satelliten Trigger durch GCN (GRB Coordinates Network) • Richtungsbestimmung Anfangsgenauigkeit ~0. 1 -2°(stat)+2°(syst)=3° • Schmales Zeitfenster ~30 s Melitta Naumann-Godó massive Untergrundunter- drückung bei n-Detektion, da räumliche und zeitliche Korrelation mit Satellitendaten Schule für Astroteilchenphysik in Obertrubach-Bärnfels Okt 2004

Abschätzung des GRB Flusses in ANTARES Melitta Naumann-Godó Schule für Astroteilchenphysik in Obertrubach-Bärnfels Okt 2004

Abschätzung der erwarteten nm km³ Effektives Volumen bei 60 k. Hz Wirkungsquerschnitt (n. N) t. GRB ~ p 107 s w. GRB ~ 2 p Melitta Naumann-Godó t. ATM ~ 500*30 s w. ATM ~ p(5°)2 log En Schule für Astroteilchenphysik in Obertrubach-Bärnfels Okt 2004

Erwartete GRB-Neutrinos pro Jahr in ANTARES En [Ge. V] GRB nm 102 – 103 Afterglow n atmosph. n eff. Untergr n 1. 51 10 -4 12005 7. 85 10 -3 103 – 104 0. 0064 1215 7. 94 10 -4 104 – 105 0. 121 115 7. 53 10 -5 105 – 106 0. 303 3. 12 2. 10 10 -6 106 – 107 0. 093 0. 000063 0. 0511 3. 34 10 -8 107 - 108 0. 0135 0. 000139 6. 67 10 -4 4. 36 10 -10 103 - 108 0. 537 0. 000202 1333 8. 71 10 -4 Fazit: • 0. 5 nm pro Jahr in ANTARES aus GRB werden erwartet • JEDES gemessene n in Korrelation mit GCN-Satellitendaten ist signifikant !!! Melitta Naumann-Godó Schule für Astroteilchenphysik in Obertrubach-Bärnfels Okt 2004

Ausblick auf die Implikationen der Detektion hochenergetischer Neutrinos aus GRBs: 1. Test des Schockbeschleunigungsmechanismus 2. Test der Hypothese, dass GRBs eine Quelle hochenergetischer Protonen (>1016 e. V) sind 3. unter Berücksichtigung der n-Oszillationen (1: 2: 0) (1: 1: 1) wäre die Detektion eines nt ein „appearance experiment“ 4. Test der Gleichzeitigkeit von n und g Ankunft (spezielle Relativitätsth. ) 5. Test des schwachen Äquivalenzprinzips (= n und g erfahren die gleiche Zeitdilatation wenn sie durch ein Gravitationspotential laufen) Melitta Naumann-Godó Schule für Astroteilchenphysik in Obertrubach-Bärnfels Okt 2004