Исследование активных ядер галактик как источников гамма-квантов сверхвысоких энергий

• Автор: Калекин, Олег Руфимович
• Шифр специальности: 01.03.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Крым, пос. Научный
• Количество страниц: 104 с. : ил

Оглавление.

Введение

Глава 1. Наземная гамма-астрономия

1.1 Гамма-телескопы первого поколения

1.2 Гамма-телескопы второго поколения

Глава 2. Описание телескопа, методика наблюдений и обработки данных

2.1 Описание телескопа ГТ-

2.2 Методика наблюдений источников гамма-квантов

2.3 Методика обработки данных наблюдений источников гамма-квантов

Выводы
Глава 3. Моделирование
3.1 Постановка задачи и метод решения
3.2 Моделирование регистрации фона космических лучей
3.3 Моделирование регистрации гамма-квантов
Выводы
Глава 4. Наблюдения источников гамма-квантов
4.1 Крабовидная туманность
4.2 Блазар Мк
4.3 Блазары BL Lac и ЗС 66А
Выводы
Заключение
Литература
Введение.
Проблема происхождения космических лучей возникла сразу после их открытия. Чтобы объяснить энергетику космических лучей, пришлось обратиться к галактическим и внегалактическим объектам с высоким энерговыделением: сверхновым звездам, активным галактикам. Все эти объекты являются одними из самых интересных в современной астрофизике и составляют важные звенья в эволюции Вселенной.
Космические лучи, состоящие в основном из протонов и ядер других химических элементов, во время распространения взаимодействуют с веществом и магнитными полями. Поэтому вблизи Земли космические лучи достаточно изотропны. По этой причине они несут лишь косвенную информацию о процессах, происходящих в породивших их объектах.
Более адресную информацию об этих объектах несет электромагнитное излучение всех диапазонов - от радио до гамма-квантов, возникающее при генерации космических лучей. Обнаружение потоков гамма-квантов от наблюдаемых объектов свидетельствует об ускорении частиц до сверхвысоких энергий и, таким образом, дает ценнейшую информацию о происхождении космических лучей и о физических процессах, протекающих в перечисленных объектах.
Земная атмосфера непрозрачна для гамма-квантов. Одним из способов их детектирования являются внеатмосферные спутниковые наблюдения. Орбитальные гамма-телескопы регистрируют гамма-кванты высоких энергий (ВЭ), диапазон 10s -Ю'°эВ. Наблюдения более высоких энергий практически невозможны в настоящее время из-за малости потоков гамма-квантов и малой площади детекторов. Так, например, для регистрации одного гамма-кванта с энергией >1ТэВ от Крабовидной туманности орбитальному телескопу EGRET требуется порядка трех месяцев непрерывных наблюдений этого объекта.
Но зарегистрировать гамма-кванты с энергией >100ГэВ (сверхвысокие энергии, СВЭ) все же можно и с поверхности Земли. Гамма-кванты и высокоэнергичные частицы космических лучей рождают в атмосфере Земли каскады вторичных частиц - так называемые широкие атмосферные ливни (ШАЛ) [74]. Заряженные частицы этих ливней летят со скоростью выше фазовой скорости света в атмосфере и являются источниками черенковского излучения [38]. Вспышки этого излучения от ШАЛ освещают на земле площадь порядка нескольких десятков тысяч квадратных метров. Этим и определяется эффективная площадь регистрации гамма-квантов наземными телескопами. Первые наблюдения таких вспышек с помощью черенковского детектора были проведены Гэлбрейтом и Джелли в 1952 году [21]. Первые детекторы, позднее названные гамма-телескопами 1-го поколения, состояли из зеркала, в фокусе которого находился фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) и регистрирующей электроники. Серьезным препятствием в надежном детектировании потоков гамма-квантов телескопами первого поколения являлась регистрация подавляюще большого фона космических лучей, рождающего в атмосфере почти такие же черенковские вспышки.
В конце 80-х годов в обсерватории Уиппл (США) и в КрАО были построены первые гамма-телескопы 2-го поколения. Их светоприемные камеры состояли уже из нескольких ФЭУ, что позволило получать изображения че-ренковских вспышек и, анализируя параметры изображений, отсекать большую часть фоновых событий. Это привело к значительному повышению чувствительности гамма-телескопов.
В настоящее время в мире действуют более десяти подобных телескопов, в том числе единственный в Украине и СНГ гамма-телескоп ГТ-48 Крымской астрофизической обсерватории. С их помощью надежно зарегистрировано несколько галактических источников гамма-квантов. Это Крабо-

является прохождение заряженных частиц через светоприемную камеру. Это явление было специально исследовано [118]. Установлено, что при наблюдениях вблизи зенита при закрытых крышках светоприемных камер скорость счета таких событий составляет 1.1 мин'1, что больше скорости регистрации гамма-квантов от самых ярких источников. Причем значительная часть таких событий по своим параметрам похожа на вспышки, инициированные гамма-квантами, и их не удается полностью исключить при отборе. Решить проблему с регистрацией локальных частиц удается при наблюдении объекта обеими секциями одновременно. С 1990 по 1992 год наблюдения на ГТ-48 проводились двумя, параллельно направленными секциями. При этом регистрация вспышек велась независимо каждой секцией. При анализе данных исключались события, зарегистрированные только одной из секций. При попытке увеличить усиление ФЭУ, чтобы повысить энергетический порог регистрации вспышек, начинало резко возрастать число шумовых событий, связанных со свечением ночного неба. С началом применения схемы совпадений между секциями стало возможным повысить усиление ФЭУ и довести скорость счета чсренковских вспышек до 120 мин'1 при наблюдениях вблизи зенита и при хороших погодных условиях. Таким методом, обеими секциями, направленными параллельно, в режиме совпадений, наблюдения проводятся с 1993 года по настоящее время.
2.3 Методика обработки данных наблюдений источников гамма-квантов.
В результате сеанса наблюдений черенковских вспышек на гамма-телескопе ГТ-48 образуется набор записей для источника и фона обеих секций телескопа. Для каждого события записываются время регистрации с точностью до 1 мкс, 37 амплитуд сигналов светоприемных камер, регистрирующих видимое излучение, и 1 амплитуда канала УФ диапазона. Амплиту-