Ecole de Physique des Astroparticules
23 -28 mai 2011
OHP, Saint Michel l'Observatoire
L’Astronomie Gamma

Résultats récents en astrophysique nucléaire

Pierre JEAN
  Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP)

Cours

L'observation des raies gamma nucléaires dans le domaine de 10 keV-10 MeV est le moyen unique pour sonder directement la production des éléments fraichement produits par la nucléosynthèse stellaire. Ces raies gamma sont émisent d'une part lors des désexcitations des noyaux issus des éléments radioactifs ejectés par les étoiles massives, les supernovae ou les novae, et d'autre part, par les noyaux excités lors des interactions de protons de haute énergie dans le milieu interstellaire ou dans les éruptions solaires.
C'est dans cette gamme en énergie qu'on observe aussi la raie d'annihilation des positrons à 511 keV en direction des régions centrales de notre Galaxie. L'origine des ces positrons est incertaine. Différentes sources sont proposées : 56Co produit par les SNIa, 26Al & 44Ti des étoiles massives, vents ou jets de positrons des binaires X de faible masse, matière noire…

Cours
  1. Introduction
    1. Role de l'astrophysique nucléaire
      • Nucléosynthèse et physique stellaire
      • Physique des explosions stellaires
      • Physique des objets compacts
      • Eruption solaire
      • Rayonnement cosmique et milieu interstellaire
    2. Historique & Observations
      • Les prédictions de Clayton et al., et de Ramaty et al.
      • Observations avec les instruments embarqués en ballons stratosphériques
      • Observations avec les instruments embarqués en satellites (HEAO3, CGRO, TGRS…)
      • Le spectromètre SPI de l'observatoire INTEGRAL
  2. Les raies gamma nucléaires
    1. Généralités et rappels
    2. Noyaux produits par nucléosynthèse stellaire
      • Supernovae de type Ia
      • Supernovae d'étoiles massives
      • Etoiles Wolf-Rayet
        Novae
  1. Les raies gamma nucléaires
    1. Noyaux produits par des interactions à haute énergies
      • Eruptions solaires
      • Rayonnement cosmique
      • Objets compacts
  2. Annihilation des positrons galactiques
    1. Physique des positrons
      • Processus de production des positrons
      • Interaction des positrons dans le milieu interstellaire
      • Annihilation des positrons
    2. Observation des émissions d'annihilation
      • Analyse des données de SPI
      • Imagerie
      • Spectroscopie
    3. Origines des positrons galactiques
      • Les sources proposées
      • Contraintes observationnelles
      • Discussion et problématique de la propagation
  3. Conclusions & perspectives



RESUME

Le cours présentera le statut de nos connaissances dans ce domaine et en particulier, les résultats obtenus recemment par le spectromètre SPI à bord de l'observatoire spatial INTEGRAL. Après une introduction sur l'intérêt de l'astrophysique nucléaire, la première partie du cours traitera des processus d'émission des raies gamma nucléaires, leurs caractéristiques et leurs observations. La seconde partie se concentrera sur l'énigmatique émission d'annihilation des positrons galactiques. Après une description des observations, cette partie décrira leurs modes de production et d'annihilation dans le milieu interstellaire. Le cours se terminera sur questions en suspend, qui méritent un effort d'investigation et les perspectives au vu des futurs projets de spectromètres gamma.

 
BIBLIOGRAPHIE
  • Prantzos, 2011, Proceedings of the 8th INTEGRAL Workshop, http://arxiv.org/abs/1101.2112
  • Prantzos et al., 2010, to appear in Rev. of Modern Phys.,  http://arxiv.org/abs/1009.4620
  • Jean et al., 2009, A&A, 508, 1099
  • Weidenspointner et al., 2008, Nature, 451, 159
  • Wang et al., 2007, A&A, 469, 100
  • Guessoum et al., 2006, A&A, 457, 753
  •  Diehl et al., 2006, Nuc. Phys. A., 777, 70
  • Jean et al., 2006, A&A, 445, 579
  • Knödlseder et al., 2005, A&A, 441, 513
  • Guessoum et al., 2005, A&A, 436, 171
  • Harris et al., 2005, A&A, 433, L49
  • Guessoum & Jean, 2002, A&A, 396, 157
  • Jean & Guessoum, 2001, A&A, 378, 509
  • Jean et al., 2000, A&A, MNRAS, 319, 350
  • Gomez-Gomar et al., 1998, MNRAS, 296, 913
  • Gomez-Gomar et al., 1998, MNRAS, 295, 1

 

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