Published November 20, 1991 | Version v1
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Data treatment of the HEXAGONE experiment: central regions of the galaxy and SN 1987A. Interpretation

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Description

The experiment HEXAGONE is a balloon-borne high resolution gamma-ray spectrometer. It was flown on 22 may 1989. The targets were the Galactic Center and its region as well as SN 1987 A. Two lines were observed in the direction of the Galactic Center (511 ke V and 1809 keV) as well as a continuum. The 511 keV line is due to positron annihilation while the 1809 keV comes from the aluminum-26 decay. The flux of the annihilation line is (10.0± 2.3) 10-4 photon cm-2 s-1, the centroid is 511.55+0.33 ke V and the full width half maximum 2.70±0.61 keV. The flux of the 511 keV line is consistent with a compact source in an ON state superimposed with a galactic diffuse steady source (Lingelfelter and Ramaty 1989). The flux of the 1809 keV line is (2.6± 1.1) 10-4 photon cm-2 s-1, the centroid is 1808.57±0.69 keV and the full width half maximum is equal to 2.66±0.87 keV. The flux of this line is consistent with previous measurements of similar field of view (full width half maximum) like GRIS (Teegarden et al. 1991). No continuum, line or feature appeared in the final spectrum of SN 1987 A. The upper limits (2 sigma level) for fluxes of lines coming from radioactive nuclei synthesized in this star like 56Co, 57Co, 44Ti are 4.0 10-4 photon cm-2 s-1 (847 keV cobalt-56), 2.7 10-4 photon cm-2 s-1 (1238 keV cobalt-56), 2.5 10-4 photon cm-2 s-1 (122 keV cobalt-57), 2.2 10-4 photon cm-2 s-1 (136 keV cobalt-57), 2.5 10-4 photon cm-2 s-1 (1156 keV scandium-44), 4.1 10-4 photon cm-2 s-1 (511 keV annihilation e+e-). This implies upper limits of the masses of these nuclei (2 sigma): 57Co (8.7 10-3 Mo), 44Ti (1.6 10-2 Mo). An interpretation of the data is given. (author)

Abstract (French)

Le Centre Galactique est un objet d'etude astrophysique dans le domaine des rayons gamma depuis le debut des annees 70, date a laquelle les chercheurs de l'universite de Rice (USA) detecterent pour la premiere fois la raie d'energie 511 keV, signe de l'annihilation de positrons dans cette direction. Les observations qui suivirent confirmerent la presence de cette raie dans la direction du Centre Galactique, l'experience HEAO3 (1979-1980) mettant d'ailleurs en evidence une autre raie astrophysique resultant de la desintegration de l'aluminium 26 (1809 keV). La variabilite temporelle du flux de la raie a 511 keV a champ d'ouverture faible et l'augmentation de celle-ci avec le champ d'ouverture laissent raisonnablement supposer une double origine de la raie astrophysique a 511 keV: une source diffuse stationnaire et une source ponctuelle dont la variabilite est au plus de cinq mois. Si recemment l'experience satellite SIGMA a leve un coin du voile concernant la source possible de positrons (1E1740.7-2942), les conditions physiques du milieu d'annihilation de ces positrons sont mal connues et surtout la largeur experimentale et le centre de la structure vue par cette experience sont loin de prouver de facon irrefutable que cette structure est bien une raie resultant de l'annihilation de positrons. Seule une experience de haute resolution en energie peut fournir de telles informations car la forme de la raie depend du milieu d'annihilation. Si les sources de la raie a 1809 keV de l'aluminium 26 sont encore controversees (Supernovae, novae, Wolf-Rayet, Geantes rouges), la presence de cette raie est un fait intangible. Un autre objectif astrophysique de ces dernieres annees est la supernova SN1987A qui depuis son explosion a ete observee dans tous les domaines de longueur d'onde y compris les rayons X et gamma. Si la detection des raies de desintegration du cobalt-56 a 847 keV et 1238 keV a confirme la validite des modeles de nucleosynthese explosive, l'apparition precoce de rayons X dus a la comptonisation des raies precedemment citees fut dans un premier temps deconcertante. Il fut alors necessaire de modifier les modeles d'enveloppe en pelure d'oignon en y introduisant un melange des especes radioactives jusqu'aux couches optiquement minces. L'experience ballon HEXAGONE a observe le Centre Galactique et la supernova SN1987A le 22 mai 1989. Si le spectre de SN1987A ne recelait pas de continuum X et encore moins de raie, il fut neanmoins possible de fournir des valeurs superieures de flux pour les raies des radionucleides synthetises dans cette etoile, ce qui permet de donner les valeurs superieures de masses d'elements radioactifs tels que le cobalt-56, le cobalt-57 ou le titane-44 (la masse de cobalt-56 est tres bien connue grace a l'evolution de la luminosite bolometrique). Nous proposons ici une interpretation de l'evolution des flux des raies resultant de la desintegration des elements radioactifs cites. L'observation du Centre Galactique fut plus fructueuse. En effet, en plus d'une observation positive de la raie d'annihilation a 511 keV et d' orthopositronium, un continuum recelant une structure centree sur 170 keV fut detecte ainsi que la raie de desintegration de l'aluminium 26 a 1809 keV. La grande fraction de positronium detectee est compatible avec un milieu d'annihilation constitue en grande majorite d'hydrogene neutre a une temperature typique de 104K, ce qui est d'ailleurs confirme par la largeur et la forme de la raie. La structure centree sur 170 keV est interpretee par de la retrodiffusion de photons de 511 keV sur un disque d'accretion ou sur un nuage de matiere spherique. Comme complement theorique a nos observations, nous proposons des distributions relatives de flux 511 keV et 1809 keV compatibles avec les donnees experimentales, les sources astrophysiques preponderantes proposees etant les supernovae

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Original title (French)
Traitement des donnees de l'experience HEXAGONE: Regions centrales de la Galaxie et SN1987 A. Interpretation

Identifiers

URL
http://www.iaea.org/inis/Contacts/;

Publishing Information

Imprint Pagination
254 p.
Report number
FRCEA-TH--8602

INIS

Country of Publication
France
Country of Input or Organization
France
INIS RN
48072179
Subject category
S79: ASTROPHYSICS, COSMOLOGY AND ASTRONOMY;
Resource subtype / Literary indicator
Thesis
Descriptors DEI
ALUMINIUM 26; ANNIHILATION; ASTRONOMY; DECAY; GAMMA RADIATION; POSITRONS
Descriptors DEC
ALUMINIUM ISOTOPES; ANTILEPTONS; ANTIMATTER; ANTIPARTICLES; BETA DECAY RADIOISOTOPES; BETA-PLUS DECAY RADIOISOTOPES; ELECTROMAGNETIC RADIATION; ELEMENTARY PARTICLES; FERMIONS; INTERACTIONS; IONIZING RADIATIONS; ISOTOPES; LEPTONS; LIGHT NUCLEI; MATTER; NUCLEI; ODD-ODD NUCLEI; PARTICLE INTERACTIONS; RADIATIONS; RADIOISOTOPES; SECONDS LIVING RADIOISOTOPES; YEARS LIVING RADIOISOTOPES

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Notes
139 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the 'INIS contacts' section of the INIS-NKM website for current contact and E-mail addresses: http://www.iaea.org/inis/Contacts/; Also available from Bibliotheque Universitaire Pierre et Marie Curie, 4 Place Jussieu, 75005 Paris (France)