Жесткие сильно поглощенные источники рентгеновского излучения : моделирование процессов аккреции и наблюдения на космических лабораториях Chandra, Integral, Swift

• Автор: Красильщиков, Александр Михайлович
• Шифр специальности: 01.03.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 100 с. : ил.

0 Введение

0.1 Актуальность темы диссертации

! 0.2 Цели работы

0.3 Новизна работы

0.4 Достоверность полученных результатов

0.5 Положения, выносимые на защиту

1 Гамма-обсерватория INTEGRAL

1.1 Телескопы обсерватории INTEGRAL

1.2 Особенности наблюдений на обсерватории INTEGRAL

на примере остатка сверхновой 1C

1.2.1 Наблюдения 1C 443 камерой INTEGRAL ISGRI

1.2.2 Наблюдения 1C 443 монитором INTEGRAL JEM-X
1.2.3 Выводы
2 Жёсткий источник в поле остатка сверхновой 7-Cygni
2.1 Наблюдения 7-Cygni камерой INTEGRAL ISGRI
2.2 Наблюдения 7-Cygni на обсерваториях ASCA и RXTE
^ 2.3 Анализ многоволновых данных о 7-Cygni
2.4 Дополнительные данные о северо-западной части 7-Cygni, полученные
камерой INTEGRAL ISGRI
2.5 Наблюдения северо-западной части 7-Cygni телескопом Swift XRT
2.6 Архивные оптические и радиоданные о северо-западной части 7-Cygni
2.7 Анализ и интерпретация многоволновых данных о жёстком источнике
в северо-западной части 7-Cygni
2.8 Выводы
3 Жёсткий источник в поле
активной области звездообразования NGC 6334
3.1 Наблюдения NGC 6334 камерой INTEGRAL ISGRI
3.2 Наблюдения NGC 6334 монитором JEM-X
3.3 Наблюдения NGC 6334 камерой Chandra ACIS
3.4 Анализ и интерпретация многоволновых данных об NGC 6334
3.5 Выводы
4 Аккреция на замагниченную нейтронную звезду
4.1 Краткий обзор моделей аккреции на нейтронную звезду
4.1.1 Модель Шапиро и Солпитера
4.1.2 Модель Лангера и Раппопорта
% 4.1.3 Модели Аронса и Клейна
4.2 Суб-эддингтоновская аккреция

4.2.1 Основные предположения и допущения
4.2.2 Основные параметры и уравнения
4.2.3 Физические процессы в аккреционной колонке
4.2.4 Методика моделирования
4.2.5 Основные результаты моделирования
4.2.6 Разрушение ядер С, N, О в аккреционном потоке
4.2.7 Выводы
5 Заключение
5.1 Основные результаты работы
5.2 Список публикаций, содержащих описание
основных результатов диссертации
5.3 Список цитированной литературы
А Приложения
А.1 Используемые сокращения
А.2 Вычисление скорости обмена энергией в электронно-ионных столкновениях с возбуждением электронных
уровней Ландау в сильном магнитном поле
А.З Список проанализированных экспозиций области 7-Cygni
в полностью кодируемом поле камеры ISGRI
А.4 Список проанализированных экспозиций области 1C
в поле камеры ISGRI
А.4.1 Экспозиции с источником Crab в поле зрения ISGRI
КА.2 Экспозиции с источником Crab вне поля зрения ISGRI
А.5 Список проанализированных экспозиций области 1C
в полностью кодируемом поле монитора JEM-X
А.6 Список проанализированных экспозиций области NGC 6334
в полностью кодируемом поле камеры ISGRI
А.7 Список проанализированных экспозиций области NGC 6334
в полностью кодируемом поле монитора JEM-X

О Введение
Последняя четверть прошлого века и начало века нынешнего ознаменованы стремительным прогрессом рентгеновской и гамма-астрономии. Земная атмосфера непрозрачна для рентгеновского и гамма-излучения, и прогресс в наблюдениях связан, в частности, с прогрессом космической техники, в настоящее время позволяющей с высокой точностью выводить на околоземную орбиту телескопы весом в десятки тонн, а также с прогрессом электронно-вычислительной техники, позволяющей в реальном времени передавать на Землю и обрабатывать многомерные массивы данных размером в десятки гигабайт.
В наши дни многочисленные орбитальные телескопы строят детальные карты неба как в мягком, так и в жестком рентгеновском диапазоне, что позволяет изучать спектральные и временные характеристики излучения различных типов источников на масштабах от отдельных вырожденных звёзд до скоплений галактик.
Возрастающий объём и детальность наблюдательной информации требуют построения количественных моделей источников жёсткого излучения, а результаты моделирования зачастую требуют переосмысления уже некогда проинтерпретированных наблюдательных данных и стимулируют поиск новых свойств у уже изученных ф объектов.
Источниками жесткого излучения в континууме и в линиях могут быть как точечные (вырожденные звезды, активные ядра галактик), так и протяженные объекты (скопления галактик, скопления молодых звезд, остатки сверхновых звёзд, взаимодействующие с межзвёздной средой).
0.1 Актуальность темы диссертации
Жёсткие сильно поглощенные рентгеновские источники - это важный класс источников, наблюдательное изучение которых стало возможно только сейчас, с появлением телескопов, способных строить изображения в диапазоне энергий выше 10-15 кэВ. Характерной чертой этих источников является мощное энерговыделение при падении (аккреции) вещества на гравитирующий компактный объект: белый карлик, нейтронную звезду или чёрную дыру (включая сверхмассивныс чёрные дыры в ядрах галактик).
Изучение физических процессов в аккреционных источниках представляет важную проблему, поскольку но эффективности выделения энергии они намного превосходят иные известные источники энерговыдсления и, в частности, термоядерные источники энергии в звёздах. Аккреционные источники являются яркими объектами во всех наблюдаемых диапазонах спектра. Наблюдение таких источников в различ-^ ных спектральных диапазонах (прежде всего, в рентгеновском и гамма-диапазонах),
а также их теоретическое моделирование, является исключительно важным, посколь-

channel energy (keV)
channel energy (kcV)
Рис. 24: Совместные спектры источников NGC 6334В (левая панель) и NGC 6334А (правая панель), построенные по данным камеры Chandra ACIS и камеры INTEGRAL ISGRI. Модельные спектры показаны сплошными линиями. Обе модели имеют xl £ 0-75.
(6.1±1.4)-10-5 фот см-2 с-1 кэВ“1 на 1 кэВ и лучевой концентрацией водорода Nh = (1.5±0.2)-1022 см-2. Эта модель имеет = 0.75.
Спектр излучения области НЕЕ, полученный камерой Chandra ACIS, представлен на рис. 25. Этот спектр содержит структуру, которую можно интерпретировать как линию железа с энергией 6.5±0.1 кэВ. Он согласуется с комбинированным спектром ядер звездообразования I-V, полученным прибором ASCA GIS (Sekimoto et al. 2002), который можно описать тепловой моделью Раймонда-Смита (Raymond and Smith 1977) с температурой 9.0^;| кэВ и лоренцевской линией с энергией 6.6±0.1 кэВ. Однако следует отметить, что спектр области НЕЕ, полученный камерой Chandra ACIS, согласуется и со степенной моделью с показателем Г = 1.5±0.1 и лучевой концентрацией водорода N// = (1.3±0.2)-1022 см-2. В последнем случае линия железа имеет нетепловую природу. Непоглощённый поток излучения в диапазоне 2-7 кэВ из области НЕЕ составляет 4.4Н0-12 эрг см-2 с-1. Анализ спектра протяженной области НЕЕ по данным обсерватории Chandra при энергиях выше 7 кэВ в значительной степени зависит от используемой модели фона, поскольку в этом диапазоне фон приборов Chandra имеет существенные пространственные неоднородности. Для различных моделей фона, построенных по изображениям различных "пустых" областей в поле зрения обсерватории Chandra , были получены различные значения скорости счёта в диапазоне 7-10 кэВ. Значение скорости счёта в диапазоне 7-10 кэВ, приведённое на рис. 25, получено для модели фона темного неба ("blank sky background") и потому может считаться верхним пределом. Этот предел совместим с предположением о том, что значительная часть жесткого излучения NGC 6334 в диапазоне 20-60 кэВ происходит из области НЕЕ. Спектр источника NGC 6334В, построенный по данным обсерватории Chandra (см. левую панель рис. 23), тянется до 9 кэВ и тоже хорошо совместим с высокоэнергичным спектром, построенным по данным 1SGR1. Для того, чтобы точнее оценить относительные вклады области НЕЕ и, вероятно, внегалакти-