TGF...Emission Gamma: scoperta da Batse, su satellite CGRO , 1994 (G.Fishman et al, Science,...
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Presentazione HPC- Connect M.Galli, feb-2017
TGFLampi gamma da fenomeni atmosferici
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Strati dell'atmosfera
Troposfera: ~10 km; densita' cala exp, temperatura cala fino a -50 Vapore acqueo , nubi
Stratosfera: 10-50 km; temperatura sale fino ~ - 5 (ozono)
Mesosfera: 50-100 km; temperatura cala fino ~-70
Termosfera (ionosfera) : 100-300 km: alte temperature, ioni , riflessione onde radio Aurore boreali
Densita' cala exp, 0 km: ~ 1 kg/m^3 5000 km: ~ 0.8 10000 ~ 0.420000 ~ 0.05 50000 ~ 0.0008
Esosfera (ionosfera) : > 400 km
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Fenomeni luminosi in atmosfera
In alta atmosfera, In associazione a temporali
TLE: Transient Luminous Events
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Emission Gamma: scoperta da Batse, su satellite CGRO , 1994 (G.Fishman et al, Science, 264,1313 - 1994)
Prima “all sky survey” in gamma
~ 2700 GRB : distribuzione isotropa
Compton Gamma Ray Observatory 1991- 2000
Gamma pulsars, galassie attive etc. etc.
~70 TGF : short duration (some msec) hard , high energy (MeV) On the equatorial zone Related to thundertorms
Primi TGF visti da GCRO(trigger: 64 msec, only 4 E-channels)
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Fenomeno: fulmini → ionizzazione → alti campi elettrici in alta atmosfera (10-50km, molti kV/m, aria rarefatta) → cascata elettronica (RREA: Relativistic Runaway Electron Avalance) → Bremsstrahlung → gamma
(Review modelli in: J.R.Dwyer et al. Space.Sci.Rev 173, 133 -2012)
Diversi modelli cascata: scenario comune, ma accordo parziale
E soglia RREA : ~ 3E5 V/m * r/r0 Cosmici some seeds ?? Elettroni: spettri ~exp(E/7.3MeV) → E medie ~ 8MeVGamma bremsstrahlung ~1/E * exp(E/7.3MeV) compton scattered
Durata: microsec Moltissimi elettroni e gamma (disaccordo fra I modelli)
Primi modelli: Wilson 1925. conferme seprimentali contrastanti fino al ~1980 Voli da aereo e pallone (~1990) → X radiation
Misure da terra difficili (Radon, assorbimento atmosfera) Riportata detection gamma ~MeV, elettroni, neutroni ???
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Rhessi 2002 …
Spettri cumulativi: Gamma fino a 20 MeV → elettroni 20-40MeV
Catalogo ~800 TGF (2006-2008) B.W Grefenstette et al.: JGR, VOL. 114, A02314, 2009
https://fermi.gsfc.nasa.gov/ssc/data/access/gbm/tgf/
Fermi – 2008...
Catalogo on-line ~ 3000 TGF
M.S.Briggs et al JGR, VOL. 115, A07323 - 2010
Gamma 10-30 MeV
forti effetti di selezione: trigger 16msec
No trigger, ricerca a terra su scale msec Fatto per dt ~ 10 microsec saturazione conteggi (molte decine counts/msec)
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Fulmini in radio
Fulmini emettono scariche in radio: 30Hz-30kHz (~20msec)
Onde radio-atmosferiche (sferiche) si propagano fra terra e ionosfera Rivelabili a grandi distanze
WWLLN : World Wide Lightning Location Network ( http://wwlln.net/new/ ) Lead by the University of Washington in Seattle (R. Holzworth)
~ 50 antenne 3-30kHz , Localizzazione fulmine ~20 km dt ~ msec
Correlazione fra fulmini intra-cloud ad altezze: 10-20 km e TGF
(Per TGF Batse: Inan et al. JCR 23, 1017 - 1996)
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Agile Satellite
Progetto ASI , lancio 2007
Piccole missioni: astronomia X e gamma
http://agile.iasf-roma.inaf.it/http://agile.asdc.asi.it/
All sky gamma survey Galassie attive
Pulsar Binary Systems
Supernove GRB
Onde gravitazionali
TGF
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Agile Satellite
Superagile: strumento a maschera codificata 18-60keV
Grid: telescopio gamma: 30MeV-50GeV
Mcal: mini-calorimetro : E > 300 keV
MCAL
30 barre CsI , su 2 strati Barre: 1.5 x 2.3 x 37.5 Lette da diodi
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Agile e TGF
Algoritmi di trigger per eventi submsec
Orbita equatoriale< 100 microsec absolute timing
=> MCAL vede bene i TGF <=
Compresa parte ad alta energia
M.Marisaldi, C.Labanti, F.Fuschino, M.Galli
And
The Agile Team
http://agile.rm.iasf.cnr.it/a-team.html
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Agile e TGF
Problema: ~ 100 trigger/day : molti trigger spuri , da rumore elettronico ed altro
2007-2008: Prime detection TGF su trigger 64 msec
June 2008: attivati trigger su tempi: 16ms, 1ms, 293 microsec
=> Campione significativo di TGF
Complessi criteri di selezione basati su hardness ratio
counts E >1.4MeV / counts E <1.4 MeV
M.Marisaldi et al, JGR 115, A00E13 (2010)
Seleziona campione di 34 eventi June 2008 – March 2009
~ 4 eventi /mese
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Agile e TGF M.Marisaldi et al, JGR 115, A00E13 (2010)
Depositi di energie fino ~ 40Mev
Distribuzioni spaziali ed energetichecompatibili con dati di RHESSI
=> buoni criteri di selezione
Probabili interazione in AGILE-grid E ~> 60 MeV
M.Marisaldi et al.PRL 105-128501 (2010)
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Agile e TGF
M.Tavani et al. PRL 106-018501 (2011)
Spettro cumulativo TGF103 eventi fra 2008-2010
Red dashed line: F(E) ~ E-0.4 exp(-E/6.6)
Black line: 2 componenti: F(E) ~ E-0.5 (sotto 7.1MeV) E(E) ~ E_2.7 (sopra 7.1 MeV)
Eccesso di eventi ad alta energiaRispetto ai modelli standard
2 popolazioni di TGF ???
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Agile e TGF Campione 308 TGF fra 2009-2012 , con miglior criteri di selezione
Catalogo TGF di Agile http://www.asdc.asi.it/mcaltgfcat/
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Agile e TGF
Correlazione spaziale fra TGF e frequenza temporali
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Agile e TGF AC dead time maschera TGF < 100 microsec => difficile correlazione con WWLLN
March 2015: AC veto disabled for MCAL
=> new improved TGF sample
Correlazione con WWLLN
M.Marisaldi et al. GRL 42, 9481, ( 2015)
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Agile e TGF
Campione di 85 eventi alta energia , a 500 microsec da segnale WWLLN
March-June 2012
many events: E > 30 MeV, some > ~100 MeV
M.Marisaldi et al. ,2017, to be published
Blue: 300 TGF < 30MeV
Red: 85 TGF E >30MeV
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Agile e TGF
Evento con hit: 173 MeV
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Agile e TGF Quali barre colpisce ?
E' reale ??? pile-up ???? dead time ????
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Agile e TGF
Difficile avere risposte dai satelliti attuali non pensati per eventi cosi' brevi ed intensi.
ASIMAtmosphere-Space Interaction Monitor
In futuro ?
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Strumenti software Simulazioni numeriche
Agile Mass Model: GamsMontecarlo basato su Geant3 ~ 5000 linee FORTRAN
F.Longo, V.Cocco, M.Tavani, NIM A , 486, 610-622 (2002)V.Cocco, F.Longo, M.Tavani, NIM A, 486, 623-638 (2002)
Source generator : diverse forme spettrali
Unix pipe
Hit lists Energie rilasciate nelle singole barre di MCAL
Energie ai diodi
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Strumenti software Analisi simulazioni
Hit lists Energie rilasciate nelle singole barre di MCAL
Energie ai diodi
Format converter
Software vario C++, Python, Ruby
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Strumenti software Dati
Da: M.Trifoglio et al. Proceedings of the SPIE, Volume 7011, pp. 70113E-70113E-8 (2008)
LV1 FITS Archive
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Strumenti software Analisi dati
LV1 FITS Archive
Format converter
Selezione eventi Ricerca TGF
Grafici , statistica (M.Marisaldi)
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Uso Root per analisi
root Root> .L tgfDTE.C // Carico un file con funzioni per root ( C++ )Root> .X alltgf5.C // eseguo il programma per analisi
------------ il programma (creato da procedura Python a partire da lista eventi contiene:
TGF * tgf1=new TGF(41014,16,"TGF/RT041014_16_3908_new3.root",354870738.135092) ; tgf1->printtgf(0.000060,0.002000) ; tgf1->plotev(0.000060) ; tgf1->plotEt(0.01,0.002) ; tgf1->iostop() ; ….. TGF * tgf2=new TGF(41020,1,"TGF/RT041020_1_3908_new3.root",354897318.935832) ; tgf2->printtgf(0.000170,0.002000) ;
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Uso files Root
tgfile = new TFile(nomefile) ; // root files hanno struttura gerarchica tgfile->ls() ; // guardo cosa contiene tgfile->GetObject("tdata",tgftree) ; // seleziono dati nel file nev = tgftree->GetEntries(); // numero eventi // corrispondenza eventi – strutura “ev” tgftree->SetBranchAddress("time", &ev.time); tgftree->SetBranchAddress("mult", &ev.mult); tgftree->SetBranchAddress("bar" , &ev.bar ); …....................
tgftree->getEntry(n) ; // recupero evento numero n
Ha routines per istogrammi, plot etc. etc.
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Uso Pyhton
Tgf = [ ] # TGF name = contact_idNev = [ ] # num of event in the fileNhit = [ ] # num of the hit in the event
Nb = [ [ ] for x in range(30) ] # numero barraEb = [ [ ] for x in range(30) ] # energia nella barra Pos = [ [ ] for x in range(30) ] # posizione del deposito di energia
Liste e liste di liste:Comodo per dati strutturati
infile=open(infilename,'r')
for linea in infile.readlines(): …... …...
Iteratori per leggere files
Istogrammi con numpy e matplotlib
xbins = np.arange(0, 20.0, 0.250) # fixed bin size: 0-20Mev, step 250 keVplt.title("Energy in single bars")plt.xlabel('Energy (MeV)')plt.ylabel('num. bar hits')n, bins, patches = plt.hist(HEb, bins=xbins)plt.show()
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TGF ed Agile