Principi fondamentali di funzionamento    Lezione 1  Indice generale

Unità di misura - definizioni

Nel corso verranno correntemente utilizzate unità pratiche o unità CGS che sono comuni nell'astronomia X.

• elettron-Volt (eV): $1.60\times 10^{-12}$ erg; $1.60\times10^{-19}$ J;
• 1 Angstrm (1 Å) = 0.1 nm = $1\times 10^{-10}$ m
• un fotone di energia E = 1 keV ha una lunghezza d'onda di 12.4 Å = 124 nm
• la luminosità delle sorgenti celesti viene normalmente espressa in erg s^-1
• il flusso in raggi X misurato alla Terra da una sorgente celeste viene normalmente espresso in erg cm^-2 s^-1 keV^-1
• gli spettri in energia (densità di flusso in funzione dell'energia) sono normalmente espressi in fotoni cm^-2 s^-1 keV^-1
• una misura di flusso (deprecata, ma molto in uso) e' il milliCrab (indicato anche con mCrab), definito come il rapporto in un intervallo definito di energia fra il flusso misurato dalla sorgente in oggetto e quello misurato dalla Nebulosa del Granchio (Crab Nebula); un flusso uguale a quello della Nebulosa del Granchio viene indicato come 1 Crab (= 1000 mCrab); tale misura di flusso, eminentemente pratica, é deprecata in quanto confronta emissioni di sorgenti (la sorgente in esame e Crab, considerata come candela standard) che nella quasi totalità dei casi hanno spettri (distribuzione differenziale dei fotoni rispetto all'energia) differenti; é quindi una misura inaccurata, anche se molto semplice dal punto di vista pratico, del flusso da una sorgente celeste

L'intervallo in energia dei fotoni del quale ci occuperemo é da 0.1 a 300 keV. Più di quattro decadi in energia.
 

 
 

Questo intervallo viene spesso diviso in tre sottointervalli:

• 0.1-1 keV: raggi X ``molli'' (soft X-rays) $\rightarrow \lambda= 124-12.4$ Å, banda confinante con quella dell'estremo ultravioletto (EUV) - la visibilità dalla Terra in questa banda è fortemente limitata dal valore della densitá colonnare di idrogeno neutro, convenzionalmente indicata con N<sub>H</sub>
• 1-10 keV: viene indicata come la banda dei raggi X ``classici'' $\rightarrow \lambda = 12.4-1.24$ Å- in questa banda sono spesso rivelate righe di emissione dovute a fluorescenza (shell K) di magnesio, zolfo, silicio e soprattutto ferro
• 10-300 keV: viene indicata come la banda dei raggi X ``duri'' (hard X-rays) $\rightarrow \lambda = 1.24-0.04$ Å- in questa banda sono quasi esclusivamente rivelate emissioni da processi non termici - per una classe di sorgenti galattiche (pulsar X in sistemi binari) sono state rivelate righe di ciclotrone

Tabella 1.1  

$$^{\mbox{(a)}}$$ Energia Lunghezza Temperature

$$\frac{1}{e}$$ (keV) d'onda (Å) (gradi Kelvin)

$$1.1\times 10^6-1.1\times 10^7 1.8\times 10^{19}$$ 0.1-1 124-12.4

$$4.1\times 10^{21}$$

$$1.1\times 10^7-1.1\times 10^8 4.1\times 10^{21}$$ 1-10 12.4-1.24

$$1.05\times 10^{24}$$

$$1.1\times 10^8-3.5\times 10^9$$ 10-300 1.24-0.04 > 10²⁴

  (a) Morrison R., McCammon D., Astrophysical Journal, vol. 270, pag. 119 anno 1983

NOTA: gli articoli di alcune riviste di astronomia ed astrofisica che non sono disponibili nella biblioteca di Dipartimento possono essere ricercati e consultati in rete tramite il servizio ADS (Astrophysics Data System) ad Harvard o tramite il suo mirror europeo a Strasburgo presso il CDS - Centre de Donnees astronomiques de Strasbourg

Tabella 1.2 Energie di transizione per ioni idrogenoidi  

Elemento Energia di transizione (keV)

Neon 1.02

Magnesio 1.47

Silicio 2.00

Zolfo 2.62

Ferro 6.95

 

 
 

Gli esempi riportati, tutt'altro che esaustivi, dimostrano che le diverse bande di energia forniscono diverse informazioni sulla zona di emissione e sul meccanismo che produce la radiazione X osservata. Queste informazioni si possono considerare in molti casi, non sempre comunque, complementari.
 

 
 

Anche dal punto di vista dei rivelatori e dei telescopi utilizzati, le tre bande sono chiaramente distinte.

La focalizzazione mediante ottiche a riflessione per incidenza radente, assimilabili per prestazioni nella risoluzione di immagini ai telescopi ottici é per ora possibile sino a 10 keV. Nella banda dei raggi X duri, si utilizzano collimatori meccanici per limitare il campo di vista degli strumenti.

I rivelatori nelle tre bande di energia hanno requisiti, caratteristiche e prestazioni diversi.
 

 
 

Le sorgenti celesti sono visibili solo al di sopra dell'atmosfera (razzi o satelliti) per E<20 keV ed anche a quote di palloni stratosferici ($\sim$ 40 km di altezza) per energie più elevate.

5/5/1998