Пространственная структура и спектр излучения некоторых астрофизических объектов

• Автор: Хангулян, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 88 с.

1 Введение

2 Структура пульсарной туманности

2.1 Соотношения на ударной волне

2.2 Основные уравнения

2.3 Интеграл Бернулли

2.4 Уравнения движения

2.5 Граничные условия

2.5.1 На ударной волне

2.5.2 На бесконечности

3 Гидродинамическое приближение

3.1 Ветер со слабой анизотропией

3.2 Взаимодействие с межзвездной средой сильно анизотропного ветра
3.2.1 Основные упрощения
3.2.2 Форма ударного фронта
3.2.3 Образование тороидальной структуры
3.2.4 "Струйные"образования
3.3 Обсуждение
4 Влияние магнитного поля
4.1 Оценка влияния магнитного поля на динамику плазмы в Крабовидной туманности
4.2 Термодинамические величины на ударной волне
4.3 Разделение переменных в уравнении для поправки
4.4 Обсуждение
5 Электромагнитное гало блазаров
5.1 Основные уравнения
5.2 Интегральные спектры излучения
5.3 Пространственная структура гало
5.4 Обсуждение
6 Заключение
7 Приложение
7.1 Соотношения на ударной волне
7.2 Уравнения движения

1 Введение
Работа посвящена исследованию двух различных по природе астрофизических объектов, и в силу этого анализ проводился совершенно разными способами; общей являлась только конечная цель - оценка ожидаемого пространственного распределения излучения. В последние годы развитие средств астрономии привело к значительному увеличению количества и качества данных, получаемых в наблюдениях, поэтому анализ структуры представляет большой интерес, поскольку он тесно связан с наблюдением астрофизических объектов. Подобный анализ позволяет не только исследовать сами объекты, но и зачастую получить ценную информацию о физических условиях вокруг них. Исследовались такие объекты, как Крабовидная Туманность и электромагнитные гало вокруг 7-джетов, инжектируемых блазарами.
Первая часть работы ориентирована на интерпретацию наблюдательных данных полученных на рентгеновской обсерватории "Chandra". Данный телескоп является третей "великой обсерваторией "НАСА, его запуск был произведен 23 Июля 1999 года с помощью шаттла "Колумбия". Данная обсерватория была создана для анализа горячих областей Вселенной, чтобы помочь в поиске ответов на фундаментальные вопросы о происхождении, эволюции и плотности Вселенной. Она оснащена рентгеновской камерой, имеющей разрешение 0.5 arcsec. Камера способна детектировать 7-кванты с энергией в диапазоне от 0.2keV до lOkeV, а чувствительность имеет значение 4-10-15 -c^ifec- Наблюдения на этой обсерватории выявили характерную структуру в центральной части Крабовидной туманности. Следует отметить, что обсуждаемая морфология была обнаружена еще до наблюдений, произведенных на обсерватории "Chandra", в частности, с помощью телескопа R.OSAT, по качество изображений, получаемых на "Chandra", в десятки раз превосходят результаты, полученные в предыдущих наблюдениях. Поэтому данная работа ориентирована на сравнение с результатами, представленными именно обсерваторией "Chandra".
Работа направлена на объяснение данных, полученных при наблюдении пульсарных туманностей в мягком рентгеновском спектре, в первую очередь Крабовидной гуманности. Такой выбор связан с рядом факторов. Во-первых, полученные данные о структуре плериона вокруг пульсара Краб содержат гораздо больше деталей, и характерные структуры выражены гораздо четче, во-вторых, существует ряд достоверных теоретических предсказаний о характеристиках пульсарного ветра в Крабовидной туманности, подтвержденных многочисленными наблюдениями в разных частотных диапазонах. Крабовидная туманность была исследована всевозможными средствами и ее излучение предсказано в рамках теории Кеннела и Коронити в диапазоне от оптики до жесткого 7-излучения. Однако наблюдения в рентгеновском диапазоне выявили примечательную структуру в центральной части плериона. В мягком рентгеновском излучении центральная часть туманности состоит из двух компонент: тороидальной структуры, окружающей пульсар PSR 0531+21 и

Рис. 1: Изображение центральной части Крабовидной туманности полученное на обсерватории "Chandra"
двух "струеподобных''образований, расположенных перпендикулярно тору и выходящих из пульсара. Интересно, что подобная структура центральной области плериона наблюдается и в других пульсарных туманностях. Таким образом, объяснение происхождения данной структуры может оказаться важным не только с точки зрения исследования Крабовидной туманности, но целого ряда других объектов, обладающих сходной структурой.
Наблюдаемые структуры в Крабовидной туманности образуются в результате взаимодействия пульсарного ветра с окружающей средой, и для понимания их природы необходимо изучить характер этого взаимодействия. Анализ процесса взаимодействия ветра от пульсара Краб с межзвездной средой проводился в целом ряде работ. В работах Риса и Гана была предложена модель пульсарной туманности, развитая в работах Кеннела и Коронити. В рамках данного подхода удалось достигнуть существенного прогресса. Расчетная скорость

туманности. Формирование тора яркого рентгеновского излучения является прямым следствием концентрации потока энергии в иульсарном ветре вблизи экватора. Поток вещества при этом является изотропным. Важно то, что такое распределение потока энергии в ветре непосредственно следует из МГД теории релятивистских ветров, а не является произвольным допущением. Взаимодействие ветра, имеющего подобную анизотропию, с межзвездной средой также неизбежно приводит к формированию в плерионе вдоль оси вращения холодных дозвуковых течений (струеподобные течения), плотность которых почти на 4 порядка превышает плотность в экваториальной области. В стандартной теории эти течения не видно в рентгеновском диапазоне, так как энергия частиц слишком мала, чтобы дать заметное синхротронное излучение. Однако если предположить дополнительное ускорение в каждой точке плериона всего 10~7 доли частиц, то яркость излучения струеподобных образований становится сравнимой с яркостью свечения тора, а общая морфология плериона становится похожей на наблюдаемую на обсерватории "Chandra". Естественно предположить, что аналогичные структуры, обнаруженные вокруг пульсара Вела [7] и в остатке сверхновой GO.9+01, [9] имеют аналогичное объяснение, поскольку анизотропия пульсарного ветра обсуждавшегося здесь типа должна формироваться у всех пульсаров.