Исследование происхождения космических лучей сверхвысоких энергий на основе анализа их траекторий в магнитном поле Галактики

• Автор: Харченко, Ирина Витальевна
• Шифр специальности: 01.04.23
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 96 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ АСТРОФИЗИКИ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ СВЕРХВЫСОКИХ
ЭНЕРГИЙ
§1.1 Источники космических лучей сверхвысоких энергий
§1.2 Наблюдательные данные по космическим лучам
сверхвысоких энергий
§1.3 Модели магнитного поля Галактики
§1.4 Определение характеристик космических лучей сверхвысоких энергий методом численного счета
траекторий
ГЛАВА П. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА СЧЕТА
ТРАЕКТОРИЙ
§2.1 Методика счета траекторий
§2.2 Моделирование взаимодействия с магнитными
неоднородностями
ГЛАВА ПТ ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЛАКТИЧЕСКИХ И МЕТАГАЛАКТИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ СВЕРХВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ НА ОСНОВЕ СЧЕТА ИХ
ТРАЕКТОРИЙ
§3.1 Определение анизотропии и спектра инжекции
космических лучей сверхвысоких энергий
§3.2 Широтная зависимость анизотропии космических лучей
сверхвысоких энергий
§3.3 Источники метагалактических космических лучей,
наблюдаемых в Солнечной системе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Современные представления об источниках космических лучей сверхвысоких энергий (выше 1017 эВ) нельзя назвать устоявшимися. За последние несколько лет возникло много гипотез относительно происхождения таких частиц, их образование связывают с работой ускорительных механизмов внутри Галактики или в метагалактических объектах. Наряду с ускорительными механизмами образования космических лучей сверхвысоких энергий в качестве гипотез фигурируют неускорительные механизмы, согласно которым космические лучи рождаются со сверхвысокими энергиями в результате определенных реакций, возможно проистекающих как внутри, так и вне Галактики. В настоящее время сложилась ситуация, когда при относительном изобилии гипотез о происхождении космических лучей сверхвысоких энергий и недостатке наблюдений, их подтверждающих, вопрос о происхождении космических лучей сверхвысоких энергий остается открытым.
Важной характеристикой космических лучей сверхвысоких энергий является их анизотропия, так как именно для космических лучей сверхвысоких энергий наблюдается ненулевая, возможно монотонно растущая с ростом энергии амплитуда анизотропии. Амплитуда и фаза анизотропии содержат косвенную информацию об источниках космических лучей и особенностях магнитных полей в Галактике, а, быть может, и за ее пределами, если источники космических лучей находятся вне Галактики.
Анизотропия космических лучей может служить в качестве пробного камня для проверки различных гипотез происхождения

космических лучей сверхвысоких энергий. Численный расчет анизотропии космических лучей для различных предположений относительно их источников позволяет определить, какие предположения и в какой степени соответствуют наблюдаемой величине анизотропии, не вдаваясь в подробности ускорительных механизмов в источниках.
Одна из целей настоящей работы состояла в проверке различных предположений относительно происхождения космических лучей с энергиями 1017-1019эВ, основанной на сравнении наблюдаемой анизотропии космических лучей с анизотропией, полученной в результате моделирования их движения в магнитном поле Галактики.
Метод расчета - численное определение траектории движения античастицы путем решения уравнения движения в магнитных полях Галактики. За интенсивность космических лучей по данному направлению принимался интеграл по траектории от плотности источников. В расчетах использовалась динамо-модель регулярного магнитного поля Галактики с напряженностью в максимуме 1мкГс. Учитывались также хаотические магнитные поля с характерными параметрами: линейный масштаб неоднородностей ЮОпк,
напряженность 2мкГс. Состав космических лучей в расчетах принимался чисто протонным, однако полученные результаты обобщены на случай преобладания тяжелых ядер в составе космических лучей сверхвысоких энергий. На основе полученной зависимости времени жизни частиц от энергии рассчитан спектр космических лучей сверхвысоких энергий в галактических источниках.
В работе определена зависимость анизотропии от широты точки наблюдения для различных предположений относительно

где все расстояния измеряются В КПК.
Использовалась и другая модель регулярной компоненты магнитного поля Галактики [55]: для 4кпк< і?<15кпк
Д. =0, Вг=0,
Вр(г=0) = 2.15мкГс5іп[2ж(Я-9.25кпк)/6.2кпк], (5)
где (В, Вщ, В2) - компоненты вектора напряженности магнитного поля в цилиндрических координатах (й,<р,г) с центром в центре Галактики и осью 07,, перпендикулярной плоскости диска. Зависимость напряженности поля от координаты г соответствует наблюдательным данным по синхротронному излучению, представленным в [56].
Совершенствование методов определения напряженности магнитного поля Галактики и, как следствие, уточнение его структуры требовало внесения изменений в существующие модели поля. В работе [57] используется модель поля, подобная описанной в [55], но измененная с учетом наблюдений [58], которые указывают на то, что в гало поле имеет противоположное направление в различных галактических полушариях. Полученное поле меняет свой знак каждые 1.5 кпк в диске Галактики, согласно наблюдениям [55] и имеет вид:
В, —О, Вг 0.
В9 =ІмкГс$і^(>1.5кпк-со$((ІІ-10кпк)/0.5кпк). (6)
Все вышеперечисленные модели представляют собой обобщение наиболее полных на момент написания модели наблюдательных данных по регулярному полю Галактики. Не случайно каждые несколько лет эти модели претерпевают существенную переработку. Однако, все эти модели, и устаревшие, и усовершенствованные, обладают общим свойством - из-за