Характеристики рентгеновских двойных звезд, пульсаров и гамма-всплесков по данным космических экспериментов на основе метода мониторных наблюдений

• Автор: Свертилов, Сергей Игоревич
• Шифр специальности: 01.03.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 298 с. : ил.

Гл.1. Временные эффекты в рентгеновской и гамма астрономии и методы их наблюдений

§1.1. Основные временные явления в жестком электромагнитном излучении астрофизических объектов

§1.2. Космические гамма-всплески

§1.3. Временные эффекты в рентгеновском излучении тесных двойных звезд

§1.4. Характеристики одиночных рентгеновских и гамма-пульсаров

§1.5. Методы наблюдения временных эффектов в рентгеновской и гамма-астрономии

Результаты и выводы

Гл. 2. Метод мониторных наблюдений с широкоапертурными приборами

§2.1. Мониторные наблюдения на основе широкоапертурных приборов

§2.2. Особенности мониторных наблюдений в рентгеновском эксперименте на спутнике «Прогноз-9»

§2.3. Эксперимент ГРИФ на орбитальной станции «Мир» (модуль «Спектр»)

§2.4. Характеристики фоновых потоков на орбитах станции «Мир»
Результаты и выводы
Гл. 3. Результаты наблюдений астрофизических рентгеновских и гамма-всплесков
§3.1. Особенности наблюдений космических гамма-всплесков в эксперименте на ИСЗ «Прогноз-9»
§3.2. Методика отбора астрофизических всплесков в эксперименте ГРИФ на ОС «Мир»
§3.3. Статистика слабых гамма-всплесков по данным эксперимента ГРИФ
§3.4. Статистика мягких гамма- или жестких рентгеновских всплесков как тест космологической модели
Результаты и выводы
■4Цель работы.
Целью настоящей работы является исследование временных и спектральных характеристик астрофизических объектов, излучающих в жестком диапазоне электромагнитного спектра (тесные двойные звезды, пульсары, источники гамма-всплесков) методом мониторных наблюдений в космических экспериментах с использованием широкоапертурных детекторов.
Актуальность проблемы.
За время, прошедшее с момента открытия в 1962 г. в эксперименте на ракете «Аэроби» первого источника жесткого излучения, находящегося за пределами солнечной системы (бсо Х-1), рентгеновская и гамма-астрономия добилась впечатляющих результатов. Эта, пожалуй, самая динамично развивающаяся область современной астрофизики охватывает явления, происходящие как на Солнце и в солнечной системе, так и в нашей Галактике и галактических объектах, а также далеко за ее пределами - вплоть до космологических расстояний.
Исследование космического рентгеновского и гамма-излучения тесно переплетается с основными фундаментальными проблемами современного естествознания - это проблемы космологии, темной материи и темной энергии, структуры пространства-времени и поведения материи в экстремальных условиях. Так, наблюдения астрофизических объектов, содержащих черные дыры, могут использоваться для изучения релятивистских эффектов в сильных гравитационных полях, проверки теорий гравитации и познания ее природы. Изучение рентгеновских и гамма-пульсаров позволяет судить о физических процессах в сверхсильных электромагнитных полях, поскольку некоторые из этих объектов обладают очень большими магнитными полями - вплоть до 1015 Гс.
Процессы генерации высокоэнергичных фотонов тесно связаны с механизмами ускорения частиц, поэтому большинство космических источников рентгеновского и гамма-излучения могут также рассматриваться и как вероятные источники космических лучей, а, например, наблюдение линий гамма-излучения в галактическом диффузном фоне дает прямую информацию о взаимодействиях космических лучей в Галактике.

значения периодов пульсаций и их производных по времени типичны для нейтронных звезд, только потерь энергии за счет вращения (~1045^О эрг/с) недостаточно для объяснения светимости этих объектов в жестком излучении 1033 - 1036 эрг/с.
Рентгеновские спектры аномальных пульсаров наилучшим образом представляются комбинацией теплового спектра абсолютно черного тела с эффективной температурой кТ ~ 0.5 кэВ, который дает примерно 40-50% наблюдаемой светимости, и относительно крутой степенной спектр с показателем степени у ~ 3-4 [148-150]. Оценки, сделанные на основании анализа теплового спектрального компонента дают размер излучающей области ~ 1-4 км, что соответствует большой части поверхности нейтронной звезды. Таким образом, совокупность наблюдательных данных свидетельствует о том, что, по-видимому, аномальные рентгеновские пульсары связаны с нейтронными звездами, но ничто не указывают на наличие массивной звезды-компаньона.
Для того, чтобы объяснить, почему аномальные рентгеновские пульсары, являясь относительно молодыми объектами, тем не менее, характеризуются довольно большими периодами вращения нейтронной звезды, было выдвинуто предположение о том, что некоторые нейтронные звезды рождаются как медленные (период вращения ~2 с) ротаторы в результате сильного физического «сцепления» медленно вращающейся оболочки звезды-прародителя с ее предколлапсирующим ядром [151]. Необычно большое магнитное поле таких медленных пульсаров объясняет их невидимость в радиоизлучении, поскольку сверхкритические магнитные поля подавляют процесс образования гамма-квантами электрон-позитронных пар, ответственных за генерацию синхротронного радиоизлучения [152].
Альтернативная точка зрения состоит в том, что объекты типа аномальных рентгеновских пульсаров рождаются именно как быстрые (миллисекундные) ротаторы. Существование механизма, замедляющего их вращение до наблюдающихся скоростей, подтверждается постоянным замедлением вращения пульсара 1Е1841-045. Для этого объекта величина эквивалентного магнитного поля вращающегося диполя Влш согласно известной формуле:
ВАт =3.2 • Ю^а/г?. (7)
равно ВАШ = 8-1014 Гс. Это значение более чем на порядок превосходит самые сильные поля гамма-пульсаров. Было выдвинуто предположение, что в природе существуют