Расчет спектров электронов и позитронов космических лучей в галактической среде фрактального типа

• Автор: Волков, Николай Викторович
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 123 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. УРАВНЕНИЕ ДИФФУЗИИ ЭЛЕКТРОНОВ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ В ГАЛАКТИЧЕСКОЙ СРЕДЕ ФРАКТАЛЬНОГО ТИПА
1.1. Уравнения фрактальной диффузии частиц в модели случайных блужданий Монтролла-Вейса
1.2. Уравнение фрактальной диффузии космических лучей
1.3. Уравнение супердиффузии космических лучей с учетом потерь энергии
1.4. Основные механизмы потерь энергии релятивистскими электронами 23 •
1.5. Функция Грина уравнения супердиффузии электронов с учетом потерь энергии
1.6. Основные результаты главы
Глава 2. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ СПЕКТРОВ ЭЛЕКТРОНОВ И ПОЗИТРОНОВ К ПАРАМЕТРАМ МОДЕЛИ ФРАКТАЛЬНОЙ ДИФФУЗИИ И ПАРАМЕТРАМ ИСТОЧНИКОВ
2.1. Дифференциальный спектр электронов
2.1.1. Точечный мгновенный источник
2.1.2. Точечный импульсный источник
2.1.3. Точечный стационарный источник
2.1.4. Однородный стационарный источник
2.2. Вторичные позитроны космических лучей
2.3. Программный комплекс ОАЬРШЭР
2.4. Сравнение аналитических результатов модели фрактальной диффузии с данными 0АЬР110Р: а =
2.5. Определение параметров модели фрактальной диффузии
2.6. Основные результаты главы
Глава 3. СПЕКТР СИНХРОТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ГАЛАКТИЧЕСКОЙ СРЕДЕ ФРАКТАЛЬНОГО ТИПА
3.1. Спектр синхротронного излучения
3.1.1. Интенсивность синхротронного излучения
3.1.2. Спектральный индекс синхротронного излучения . .
3.2. Синхротронное излучение от плоского стационарного источника
3.3. Основные результаты главы
Глава 4. РАСЧЕТ СПЕКТРОВ ЭЛЕКТРОНОВ И ПОЗИТРОНОВ
4.1. Модели источников
4.1.1. Спектр электронов от далеких старых галактических источников
4.1.2. Спектр электронов от близких молодых источников и суммарный спектр электронов
4.2. Спектр электронов в статистической модели
4.3. Немонотонность спектра космических лучей в районе излома
и избыток электронов в области энергий 300 — 800 ГэВ
4.4. Спектр и доля позитронов в модели фрактальной диффузии
4.5. Основные результаты главы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Приложение А. Плотности распределения устойчивых распределений
А.1. Представление сферически-симметричных устойчивых распределений интегралами и рядами
А.2. Численный расчёт плотностей сферически-симметричных
устойчивых распределений
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Наблюдения нетеплового радиоизлучения Галактики в 50-е годы стимулировали исследования прохождения электронов высоких энергий через межзвездную среду, разработку моделей источников и механизмов ускорения частиц в них [1-11]. Новый импульс работам этого направления астрофизики космических лучей дали наблюдения рентгеновского излучения остатков сверхновых, обнаружение в середине 90-х в оболочке SN 1006 электронов ТэВ-ных энергий [12].
Результаты многолетних наземных, баллонных и спутниковых экспериментов позволили сформулировать сценарий происхождения, ускорения и распространения космических лучей. Его основные положения для элек-тронно-позитронной компоненты заключаются в следующем:
1) Источниками первичных электронов в Галактике являются сверхновые; ускорение происходит на фронте ударной волны; спектр генерации частиц S(E) ~ Е~р, где р ~ 2.4 -г- 2.5;
2) распределение источников считается стационарным;
3) распространение частиц в межзвездной среде описывается уравнением нормальной диффузии Гинзбурга-Сыроватского
^ _ В(Е) ДМг, t,E) + «*№■*>> + S(r.«, Е); коэффициент диффузии D(E) = DqEs, 6 ~ 0.3 -f- 0.6; N = дп/дЕ
4) позитроны являются продуктами ядерных взаимодействий первичных ядер космических лучей со средой; доля позитронов е+/(е++е~) убывает
2.1.3. Точечный стационарный источник
Выражение для спектра электронов от точечного стационарного источника
5,(г>£) = 5с£Г^(г), (2.11)
имеет вид
1 /Ь2{Е+Е2)
Щг, Е) = 5С I М'Ео(Ь')~р(Ь', Е)-3/а(1 - Ь2і'(Е + Е2))~2х о
х^ИА^Я)“1'“)- (2.12)
Решение для высокоэнергетичной части спектра может быть получено с учетом только квадратичных по энергии потерь. В этом случае находим
і/(Ь2е)
Щг, Е) = 3СЕ~Р I МХУ, Е)~3Щ 1 - Ь2?Е)р-2х о
х^^МЛ^Е)-1/“). (2.13)
Результаты расчетов спектра электронов для режимов диффузии с 1 < о<2 для различных значений показателя спектра генерации в источнике р, а также для различных расстояний г до источника приведены на рис. 2.9-2.11. Можно заметить, что для источников такого типа характрено отсутствие обрезания в спектре (см. рис. 2.9). Также видно, что увеличение показателя спектра генерации заметно сказывается на укручений спектра только в области энергий Е > 10 ГэВ. Влияние режима диффузии на форму спектра также заметно только в области высоких энергий (см. рис. 2.10). Из рис. 2.11 видно, что увеличение расстояния до источника практически не влияет на наклон спектра в области энергий Е > 10 ГэВ.