مهر1393
 

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

نتایج تجربی حاصل از رصدخانه ها ی پرتو کیهانی، همچنین تحقیقات نظری، نشان می دهد که بقایای ابرنواخترها و پالسارها منابع اصلی پرتوهای کیهانی هستند بطوریکه هسته های آهن شتاب یافته در سریعترین ستاره نوترونی (پالسارها) می توانند طیف مشاهده شده پرتوهای کیهانی در بعد از انرژی قوزک(Ankle  ) را توجیه کنند.

در کار حاضر نشان داده ایم که منابع پرتو های کیهانی بغایت پر انرژی (UHECRs  ) را پالسارها، انفجار پرتو های گاما ( GRBs )، انفجار پرتو گاما با درخشندگی کم (Low luminosity gamma-ray bursts  )، ابرنواخترهای فوق سنگین و هسته های فعال کهکشانی تشکیل می دهند.

چون پرتوهای کیهانی بغایت پر انرژی در اندرکنش با فوتونهای زمینه (CMB  ) انرژی خود را از دست می دهند، پیشنهاد شده که این پرتوها در خارج کهکشان ما تولید شده باشند. به این دلیل که هسته های سنگین می توانند قبل از اینکه انرژی خود را در فرآیندهای مختلف از دست بدهند، می توانند به مسافتهای دورتری در حد صدها مگا پارسک را طی کنند احتمال داده می شود که پرتوهای کیهانی بغایت پر انرژی از هسته های سنگین بوجود آمده باشند. در نهایت تأثیر میدانهای مغناطیسی درون وبیرون کهکشانی بر روی انحراف پرتوهای کیهانی را مطالعه کرده ایم.

 

کلمات کلیدی: پرتوهای کیهانی بغایت پر انرژی، پالسارها، ابرنواختر، کهکشان، هسته فعال کهکشانی

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست مطالب

 

فصل اول

منابع پرتوهای کیهانی کم انرژی 1

1-1مقدمه 1

1-2  بقایای ابرنواختر 9

1-3  فرآیند شتابدهی ابرنواختر ها 10

1-3-1 رابطه بین فرار و فشار پرتو کیهانی 11

1-3-2 انرژی فرار 14

1-3-3 دمای دور از چشمه 16

1-4 تابش سینکروترن پرتوx- و شواهدی مبنی بر زیاد بودن میدان مغناطیسی 18

1-5  فرار پرتو کیهانی 22

فصل دوم

منابع پرتوهای کیهانی بغایت پر انرژی 23

2-1  پالسارهای تازه متولد شده 23

2-2  تولید هسته های سنگین بغایت پر انرژی در پالسارهای تازه متولد شده 26

2-2-1 شتاب بوسیله القای تک قطبی 26

2-2-2 مکانهای شتاب 27

2-3 پرتاب هسته سنگین 28

2-4  فرار پرتوهای کیهانی بغایت پر انرژی از پوششهای ابرنواختر 29

2-4-1 ابرنواختر با پوشش هیدروژن 32

2-4-2 ابرنواختر با پوشش هلیوم و کربن 35

2-5 تخمین های تحلیلی 37

فصل سوم

قیود بر منابع پرتوهای کیهانی بغایت پر انرژی 40

3-1  قیود بر اساس مشاهدات ماهواره فرمی 40

3-2  نیازهای اساسی 42

3-3  تابش از درون هسته فعال کهکشانی 44

3-4  تابش از لایه های هسته فعال کهکشانی 45

3-5  شتاب پرتوهای کیهانی بغایت پر انرژی در Cen A 47

فصل چهارم

میدانهای مغناطیسی 49

4-1  میدان مغناطیسی کهکشان 49

4-1-1 مؤلفه منظم 50

4-1-2 مؤلفه اتفاقی 54

4-2  میدان مغناطیسی فراکهکشانی 55

نتیجه گیری 57

مراجع 58

 

 

 

 

 

 

فهرست شکلها

شکل 1- 1 نمودار شار پرتو کیهانی بر حسب انرژی ………………………………………………………………………….4

شکل 1- 2 نتیجه معادلات برای نسبت تراکم شوک 14

شکل 1-3 انرژی فرار نسبت به W 15

شکل 1-4 تغییرات آنتروپی 15

شکل 1-5 رابطه بین نسبت  با کسر فشار پرتو کیهانی 18

شکل 1-6 رابطه  با نسبت فشار پرتو کیهانی 17

شکل 1-7 تصویر پرتو X از باقیمانده ابرنواختر تیکو 19

شکل 1-8 نمودار تابش 20

شکل2-1 تصویر مکانهای شتاب 28

شکل 2-2 شار پرتوهای کیهانی بغایت پر انرژی 33

شکل 2-3 طیف  پرتوهای کیهانی بغایت پر انرژی بعد از فرار از ابرنواختر با پوشش هیدروژن 35

شکل 2-4 طیف پرتوهای کیهانی بغایت پرانرژی بعد از فرار از ابرنواختر با پوشش کربن و هلیوم 36

شکل 2-5 نمودار زمان به انرژی 40

شکل 3-1 ناحیه مجاز درخشندگی سینکروترن بر حسب تابعی از Y 45

شکل 3-2 ناحیه مجاز 49

شکل 4-1 میدان دیسک در بالا و پایین کهکشان 50

شکل 4-2تابع هویساید………………….. ……………………………………………………………………….55

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست جدولها

 

جدول 4-1 پارامترهای مؤلفه میدان مغناطیسی از دیسک کهکشان………………………………………….53

جدول 4-2 پارامترهای میدان مغناطیسی از هاله کهکشان………………………………………………………55

 

فصل اول

منابع پرتوهای کیهانی کم انرژی

1-1مقدمه

شناخت پرتوهای کیهانی بطور کاملا غیر منتظره و اتفاقی در طی تحقیق بر روی مواد رادیو اکتیو رخ داد . این اکتشاف توسط ویکتور هس صورت گرفت. ابزارهای حساس، مقداری از تابش را حتی زمانی که هیچ رادیوم یا اورانیومی در آن نزدیکی وجود نداشت نشان داد و معلوم شد که تابش نشان داده شده توسط ابزارها از زمین سرچشمه نگرفته است و از جایی خارج از زمین می آید. در نهایت تعقیب تابش پرتو کیهانی، ما را به سوی فواصل بزرگ در فضا راهنمایی کرد.

بعد از کشف اتفاقی نشت بار الکتریکی از الکتروسکوپها، محققان عموماً توافق کردند که این نشت واقعاً توسط یک تابش نفوذی با منشأ کیهانی، کاملاً متفاوت با پرتوهای x و رادیو اکتیو ایجاد شده است. اتمهای رادیو اکتیو سه نوع متفاوت از تابش بنامهای  و  و  را تولید می کنند که توسط ارنست رادر فورد [1]در سال 1903 کشف شد. رادرفورد نشان داد که تابشهای  و  شامل ذراتی هستند که ذرات  همان هسته اتمهای هلیوم و ذرات  شبیه الکترونها و پرتوهای کاتودی هستند. به نظر می رسد پرتو گاما به پرتوهای x نفوذ کننده بیشتر شبیه هستند تا به ذرات. اما سرانجام دانشمندان دریافتند که پرتوهای کیهانی خصوصیاتی متفاوت از همه اینها دارند. سالها طول کشید تا طبیعت پرتوهای کیهانی شناخته شود. زیرا هنگامی که آنها به اتمسفر نفوذ می کنند، انواع متفاوتی دارند و ویژگیهای مربوط به آنها را به شکل پیچیده ای تغیر می کند. پرتو های کیهانی اولیه که از بیرون اتمسفر به زمین نزدیک می شوند با اتمهای موجود در استراتوسفر برخورد می کنند و پرتو کیهانی CR)) ثانویه ای را تولید می کنند که آنها نیز برخوردهای مربوط به خود را خواهند داشت. این پرتوهای کیهانی ثانویه مسؤل نشت بار در الکتروسکوپ هستند. پرتوهای کیهانی در واقع اتمهای کاملاً یونیزه شده پر انرژی هستند که در سراسر جهان پخش می شوند و بطور پیوسته با نرخ حدود  1000 ذره در واحد متر مربع در ثانیه با زمین برخورد می کنند. بیشتر پرتو کیهانی اولیه پروتونها هستند، هسته اتمهای هیدروژن، این تعجب آور نیست که هیدروژن فراوانترین عنصر در جهان است. در زمین هیدروژن کمی در اتمسفر وجود دارد. اما مقدار زیادی در مولکولهای آب اقیانوس یافت می شود. هیدروژن 94 درصد اتمهای خورشید را تشکیل می دهد و عنصری است که در طول واکنشهای همجوشی اتمهای سنگین تر دیگر در دماهای بالا تشکیل می شود. برخی از همجوشی ها، خیلی بیشتر در جریان توسعه جهان اتفاق افتادند اما در انبساط بعد از انفجار بزرگ، همجوشی های دیگر هنوز درون ستاره ها ودر طی انفجارهای ابرنواختری در حال رخ دادن هستند. تشکیل هسته های پیچیده در واکنشهای همجوشی، سنتز هسته ای نامیده می شود.

بعد از هیدروژن فراوانترین عنصر در خورشید وستاره ها  و همچنین در تابشهای کیهانی هلیوم است. در میان پرتوهای کیهانی هلیوم، ده بار کمتر از هیدروژن یافت می شود. هسته هلیوم مربوط به پرتو کیهانی اغلب ذره  نامیده می شود. در منظومه شمسی همه اتمها به جز هیدروژن و هلیوم، روی هم مقدارشان تنها حدود 1% فراوانی هیدروژن است. براستی هستی فعلی ما دلیلی عالی برای مراحل سنتزهسته ای دارد. باریکه پرتو کیهانی اولیه همچنین شامل تعداد اندکی از الکترونها و پرتوهای گاماست. پرتوهای گاما بالاترین انرژی از تابش الکترومغناطیسی را دارند. طیف تابش الکترومغناطیس از امواج رادیویی با بلندترین طول موج تا پرتوهای گاما با کوتاهترین طول موج تشکیل شده است. تفاوت اصلی بین پرتوهای کیهانی ذرات و پرتوهای گاما اینست که پرتوهای گاما نه جرم دارند و نه بار الکتریکی  پروتونها، ذرات  و هسته های سنگین تر بارهای مثبت دارند و الکترونها بار منفی دارند. فوتونهای پرتو گاما، تنها ذرات پرتوکیهانی با جرم صفر نیستند. نوترینوها در بسیاری از واکنشهای هسته ای مانند آنهایی که در حال رخ دادن در خورشید هستند، آزاد شده اند و نیز در برخی واپاشیهای رادیواکتیو تولید می شوند که نه جرم دارند ونه بار الکتریکی.

پرتوهای کیهانی پیوسته زمین را بمباران می کنند و در هر لحظه در حال عبور از بدن  ما هستند. آشکار سازی آنها آنقدر مشکل است که اگرچه وجودشان اولین بار در اوایل دهه 1930تأیید شده بود اما تا سال1953 کشف نشده بودند. پس می توان گفت پرتوهای کیهانی بیشتر شامل پروتونها (هسته اتمهای هیدروژن)، حدود 9درصد هلیوم، مقداری هسته های سنگین تر و درصد کمی از الکترونها هستند. زمین بطور پیوسته توسط این ذرات بمباران می شود و این ذرات با اتمها در استراتوسفر، برای تولید ذرات بیشتر برخورد می کنند که می توانند بطور کامل در اتمسفر یا در برخی مواقع در عمق زیر زمین آشکارسازی شوند.

[1] Ernest Rutherford