The universe in gamma rays

The universe in gamma rays

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Bibliographische Detailangaben
Format: Buch
Sprache:English
Veröffentlicht: Berlin [u.a.] Springer 2001
Schriftenreihe:Astronomy and astrophysics library
Physics and astronomy online library
Schlagworte:
Astronomie gamma
Gamma ray astronomy
Gammaastronomie
Online-Zugang:Inhaltsverzeichnis
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adam_text CONTENTS 1 INTRODUCTION VOLKER SCH¨ ONFELDER . 1 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2 GAMMA-RAY PRODUCTION AND ABSORPTION PROCESSES ROLAND DIEHL . 9 2.1 INTRODUCTION TO ASTRONOMY WITH GAMMA- RAYS . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.2 PRODUCTION PROCESSES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.2.1 CHARGED PARTICLES IN STRONG ELECTRIC OR MAGNETIC FIELDS . . . . 13 2.2.2 INVERSE COMPTON SCATTERING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.2.3 NUCLEAR TRANSITIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.2.4 DECAYS AND ANNIHILATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.2.5 CHARGED PARTICLES BOUND IN STRONG MAGNETIC FIELDS . . . . . . . . . 19 2.3 GAMMA- RAY INTERACTIONS, ABSORPTION PROCESSES . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.4 COSMIC GAMMA- RAY SOURCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.5 THE FATE OF GAMMA- RAYS BETWEEN SOURCE AND DETECTOR . . . . . . . . . 23 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3 INSTRUMENTS GISELHER LICHTI AND ROBERT GEORGII . 27 3.1 DETECTION OF GAMMA- RAYS FROM SPACE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.1.1 THE OPAQUENESS OF THE ATMOSPHERE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.1.2 THE LOW COSMIC GAMMA- RAY FLUXES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.1.3 THE BACKGROUND OF GAMMA- RAY TELESCOPES . . . . . . . . . . . . . . 28 3.2 GAMMA- RAY DETECTION TECHNIQUES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.2.1 SCINTILLATION TECHNIQUES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.2.2 SOLID- STATE DETECTORS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.2.3 SPARK CHAMBERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.2.4 CHERENKOV DETECTORS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.2.5 DRIFT CHAMBERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.3 GAMMA- RAY TELESCOPES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.3.1 THE CHOPPER TECHNIQUE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.3.2 THE ON/OFF TECHNIQUE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.3.3 COMPTON TELESCOPES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 VIII CONTENTS 3.3.4 PAIR- TRACKING TELESCOPES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.3.5 AIR- SHOWER DETECTION TECHNIQUES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.3.6 GAMMA- RAY BURST INSTRUMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 3.4 SPECIFIC CALIBRATION AND DATA- ANALYSIS PROBLEMS . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.5 CURRENT DEVELOPMENTS AND FUTURE INSTRUMENTATION . . . . . . . . . . . . . 68 3.5.1 ADVANCED COMPTON TELESCOPES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 3.5.2 ADVANCED PAIR- PRODUCTION TELESCOPES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 3.5.3 THE GAMMA- RAY LENS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 4 SUMMARY OF THE GAMMA-RAY SKY VOLKER SCH¨ ONFELDER . 77 4.1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 4.2 ALL- SKY MAPS IN THE MEV*GEV REGION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 4.3 THE SUB-MEV DOMAIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 4.4 THE TEV GAMMA- RAY SKY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 4.5 GAMMA- RAY BURSTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5 THE SUN AS A GAMMA-RAY SOURCE ERICH RIEGER AND GERHARD RANK . 91 5.1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 5.2 PRODUCTION OF GAMMA- RAYS AND NEUTRONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 5.2.1 FLARE SCENARIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 5.2.2 CONDITIONS FOR GAMMA-RAY PRODUCTION IN THE SOLAR FLARE ENVIRONMENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 5.3 THE SOLAR FLARE GAMMA- RAY SPECTRUM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 5.3.1 THE OBSERVED GAMMA- RAY SPECTRUM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 5.3.2 SPECTRAL ANALYSIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 5.4 TEMPORAL HISTORY OF GAMMA- RAY EMISSION DURING FLARES . . . . . . . 111 5.4.1 EVOLUTION OF FLARES: IMPULSIVE AND GRADUAL EMISSION . . . . . . 111 5.4.2 TIMING OF ELECTRON AND ION INTERACTIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 5.4.3 EXTENDED GAMMA- RAY EMISSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 5.5 ACCELERATION MECHANISMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 5.5.1 THEORETICAL CONSIDERATIONS OF PARTICLE ACCELERATION . . . . . . . . 116 5.5.2 ACCELERATION MODELS FOR SOLAR FLARES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 5.6 CONCLUSIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 5.6.1 OUR CURRENT UNDERSTANDING OF THE FLARE PHENOMENON . . . . . 121 5.6.2 EXPECTATIONS FOR THE FUTURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 CONTENTS IX 6GAMMA-RAY PULSARS GOTTFRIED KANBACH . 127 6.1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 6.1.1 RADIO PULSARS: DISCOVERY OF ROTATING NEUTRON STARS . . . . . . . 127 6.1.2 THE FORMATION OF NEUTRON STARS AND THEIR BASIC PROPERTIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 6.1.3 EXPECTATION OF HIGH-ENERGY PHENOMENA AROUND YOUNG PULSARS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 6.1.4 EARLY HISTORY OF THE OBSERVATION OF GAMMA-RAY PULSARS . . . 134 6.2 CURRENT OBSERVATIONAL RESULTS OF HIGH-ENERGY EMISSION FROM PULSARS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 6.2.1 DETECTIONS OF HIGH- ENERGY PULSARS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 6.2.2 GAMMA-RAY SEARCHES AND LIMITS FOR OTHER RADIO PULSARS. . 138 6.2.3 LIGHT CURVES OF GAMMA- RAY PULSARS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 6.2.4 MULTI- WAVELENGTH LIGHT CURVES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 6.2.5 SPECTRA OF ELECTROMAGNETIC RADIATION FROM PULSARS . . . . . . . . 143 6.2.6 PHASE- DEPENDENT GAMMA- RAY SPECTRA OF PULSARS . . . . . . . . . 147 6.2.7 PULSAR LUMINOSITIES AND GAMMA- RAY EFFICIENCIES . . . . . . . . . 147 6.2.8 SEARCH FOR IDENTIFICATION OF OTHER GAMMA- RAY SOURCES . . . . 149 6.3 THEORY OF PULSAR HIGH- ENERGY EMISSIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 6.3.1 ACCELERATION ZONES AND PRODUCTION OF RELATIVISTIC PARTICLES . 150 6.3.2 RADIATION AND PROPAGATION PROCESSES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 6.3.3 FIELD LINE GEOMETRIES, BEAMING AND LIGHT CURVES . . . . . . . . 153 6.3.4 SPECTRA, LUMINOSITIES AND EFFICIENCIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 7 X-RAY BINARIES AS GAMMA-RAY SOURCES WERNER COLLMAR . 159 7.1 THE NATURE OF X- RAY BINARIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 7.2 HIGH- ENERGY EMISSION FROM BLACK- HOLE SYSTEMS . . . . . . . . . . . . . . . . 161 7.2.1 TIME VARIABILITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 7.2.2 ENERGY SPECTRA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 7.2.3 INTERPRETATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 7.3 HIGH-ENERGY EMISSION FROM NEUTRON-STAR BINARIES AND CATACLYSMIC VARIABLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 7.4 PECULIAR CASES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 7.4.1 CYGNUS X- 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 7.4.2 CENTAURUS X- 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 7.5 TEV OBSERVATIONS OF X- RAY BINARIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 7.6 SUMMARY AND CONCLUSIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 X CONTENTS 8 CONTINUUM GAMMA RAY EMISSION FROM SUPERNOVA REMNANTS ANATOLI IYUDIN AND GOTTFRIED KANBACH . 185 8.1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 8.1.1 SHELL- TYPE SNRS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 8.1.2 CRAB- LIKE SNRS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 8.1.3 COMPOSITE SNRS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 8.2 CONTINUUM GAMMA RAYS FROM SNR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 8.3 SNRS AND PARTICLE ACCELERATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 8.4 DISCUSSION AND OUTLOOK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 8.5 CONCLUSIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 9 DIFFUSE GALACTIC CONTINUUM GAMMA-RAYS ANDREW W. STRONG AND IGOR V. MOSKALENKO . 207 9.1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 9.2 THEORETICAL BACKGROUND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 9.2.1 BASIC PROCESSES OF GAMMA- RAY PRODUCTION. . . . . . . . . . . . . . . 207 9.2.2 COSMIC- RAYS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 9.2.3 GALACTIC STRUCTURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 9.3 GAMMA- RAY OBSERVATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 9.4 INTERPRETATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 9.4.1 LONGITUDE AND LATITUDE DISTRIBUTIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 9.4.2 SPECTRA OF THE INNER GALAXY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 9.4.3 IMPLICATIONS FOR COSMIC RAYS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 9.4.4 MULTI- COMPONENT FITTING APPROACH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 9.4.5 IMPLICATIONS FOR ISM: H 2 /CO CALIBRATION . . . . . . . . . . . . . . . . 225 9.4.6 LOCAL CLOUDS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 9.4.7 CONTRIBUTION OF UNRESOLVED SOURCES TO *DIFFUSE* EMISSION . . . 227 9.4.8 HIGH LATITUDES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 9.5 GLOBAL GAMMA- RAY PROPERTIES OF OUR GALAXY . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 9.6 EXTRAGALACTIC OBJECTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 9.6.1 THE LARGE AND SMALL MAGELLANIC CLOUDS . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 9.6.2 OTHER GALAXIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 10 NUCLEOSYNTHESIS ROLAND DIEHL . 233 10.1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 10.2 NUCLEOSYNTHESIS PROCESSES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 10.3 SITES OF NUCLEOSYNTHESIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 10.3.1 HYDROSTATIC NUCLEAR BURNING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 10.3.2 EXPLOSIVE NUCLEOSYNTHESIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 10.3.3 OTHER NUCLEOSYNTHESIS SITES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 CONTENTS XI 10.4 GAMMA- RAY LESSONS ON SUPERNOVAE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 10.4.1 INDIVIDUAL NUCLEOSYNTHESIS SOURCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 10.4.2 INTEGRATED NUCLEOSYNTHESIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 10.5 SUMMARY AND PERSPECTIVE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 11 NUCLEAR INTERACTION GAMMA-RAY LINES VOLKER SCH¨ ONFELDER AND ANDREW W. STRONG . 275 11.1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 11.2 NUCLEAR INTERACTION LINES FROM THE INNER GALAXY. . . . . . . . . . . . . . . . 278 11.3 NUCLEAR INTERACTION LINES FROM ACCRETION PROCESSES . . . . . . . . . . . . . 279 11.4 THE OBSERVATIONS OF THE ORION COMPLEX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 12 GAMMA-RAY EMISSION OF ACTIVE GALAXIES WERNER COLLMAR . 285 12.1 THE NATURE OF ACTIVE GALAXIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 12.1.1 DIFFERENCES BETWEEN NORMAL AND ACTIVE GALAXIES . . . . . . . . . . 285 12.1.2 THE SOURCE OF ENERGY FOR ACTIVE GALAXIES . . . . . . . . . . . . . . . . 286 12.1.3 UNIFICATION SCHEMES FOR ACTIVE GALAXIES. . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 12.2 GAMMA- RAY BLAZARS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 12.2.1 OBSERVATIONAL STATUS ON AGN BEFORE CGRO . . . . . . . . . . . . . . 291 12.2.2 CGRO SOURCE DETECTIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 12.2.3 OBSERVATIONAL PROPERTIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 12.2.4 BROADBAND EMISSION OF CGRO- DETECTED BLAZARS . . . . . . . . . . 296 12.2.5 TEV EMISSION FROM BLAZARS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298 12.2.6 INTERPRETATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 12.2.7 SUMMARY AND OPEN QUESTIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306 12.3 SEYFERT AND RADIO GALAXIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 12.3.1 SEYFERT GALAXIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 12.3.2 CENTAURUS A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312 12.3.3 SUMMARY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 12.4 SUMMARY AND CONCLUSIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 13 UNIDENTIFIED GAMMA-RAY SOURCES OLAF REIMER . 319 13.1 OBJECTIVE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319 13.1.1 GAMMA- RAY SOURCE DETECTION HISTORY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319 13.1.2 COMPTON GAMMA- RAY OBSERVATORY ERA. . . . . . . . . . . . . . . . . . 320 13.2 THE OBSERVATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321 13.3 CORRELATION STUDIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328 13.3.1 CORRELATIONS WITH SOURCE POPULATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328 13.3.2 PROMINENT INDIVIDUAL UNIDENTIFIED SOURCES . . . . . . . . . . . . . . . 332 XII CONTENTS 13.4 CONCLUSION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337 14 THE EXTRAGALACTIC GAMMA-RAY BACKGROUND GEORG WEIDENSPOINTNER AND MARTIN VARENDORFF . 339 14.1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339 14.2 HISTORY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343 14.3 CURRENT RESULTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346 14.4 POSSIBLE ORIGINS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350 14.4.1 UNRESOLVED POINT SOURCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351 14.4.2 TRULY DIFFUSE SOURCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357 14.5 CONCLUSIONS AND PROSPECTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364 15 GAMMA-RAY BURSTS MARTIN VARENDORFF . 367 15.1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367 15.1.1 THE HISTORY OF GAMMA- RAY BURST MEASUREMENTS . . . . . . . . . 367 15.1.2 SOFT GAMMA- RAY REPEATER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371 15.1.3 BURSTS FROM EARTH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372 15.2 PROPERTIES OF GAMMA- RAY BURSTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372 15.2.1 TIME CHARACTERISTICS OF GAMMA- RAY BURSTS . . . . . . . . . . . . . . 373 15.2.2 SPECTRAL CHARACTERISTICS OF GAMMA- RAY BURSTS . . . . . . . . . . . 376 15.2.3 SPATIAL DISTRIBUTION OF GAMMA- RAY BURSTS . . . . . . . . . . . . . . . 379 15.3 COUNTERPARTS OF GAMMA- RAY BURSTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380 15.3.1 SEARCH FOR COUNTERPARTS IN OTHER WAVELENGTHS . . . . . . . . . . . . 380 15.3.2 A NEW APPROACH WITH THE BEPPO-SAX SATELLITE AND FIRST SUCCESS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381 15.4 MODELS FOR GAMMA- RAY BURSTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385 15.4.1 THE DISTANCE TO THE GAMMA- RAY BURST SOURCES . . . . . . . . . . 385 15.4.2 COSMIC FIREBALL: THE EVOLUTION OF THE BLAST WAVE . . . . . . . . . 387 15.4.3 THE CENTRAL ENGINE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390 15.5 PROSPECTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395 INDEX . 397
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