Оглавление
1 Введение 4
1.1 Актуальность темы диссертации............................... 4
1.2 Цели работы................................................. 5
1.3 Научная новизна............................................. 5
1.4 Достоверность полученных результатов ....................... б
1.5 Практическая значимость .................................... 6
1.6 Основные положения, выносимые на защиту..................... 7
1.7 Структура диссертации....................................... 9
2 Аппаратура и условия наблюдений 12
2.1 Коиус-Винд..................................................12
2.2 Геликон-Коронас-Ф...........................................15
2.3 Конус-А ....................................................17
2.4 Калибровка и расчет матриц отклика детекторов...............18
3 Активность ЗОИ. 1900-Ы4 в 1998 г. по наблюдениям в эксперименте Конус-В инд 21
3.1 Введение....................................................22
3.2 Наблюдения .................................................24
3.3 Заключение..................................................33
1
4 Гигантская вспышка от БСИ 1900+14 27 августа 1998 г. 36
4.1 Введение....................................................36
4.2 Вспышка 27 августа 1998г. в БОЯ 1900+14 ................... 37
4.2.1 Начальный импульс и область Т —То < 1 сек 38
4.2.2 Переходная область Т — То = 1 — 35 сек и последующие пульсации..............................................48
4.2.3 Обсуждение и сравнение с событием 5 марта 1979 г. . 51
5 Наблюдения ВСЯ 1627-41 в 1998 г. 59
5.1 Введение...................................................60
5.2 Наблюдения ................................................60
5.3 Заключение.................................................68
6 Гигантская вспышка в 8СЯ 1806-20 и ее комптоновское отражение от Луны 71
6.1 Введение...................................................72
6.2 Наблюдения ................................................73
6.2.1 Предшественник.......................................73
6.2.2 Начальный импульс вспышки............................75
6.2.3 Комптоновское рассеяние начального импульса вспышки Луной...................................................78
6.3 Пульсирующий хвост вспышки.................................86
6.4 Послесвечение репитера.....................................91
6.5 Активность репитера до и после вспышки.....................94
6.6 Заключение.................................................98
6.6.1 Общая картина........................................98
6.6.2 Картина пульсаций....................................99
6.6.3 Энергетика гигантских вспышек .....................101
2
7 Заключение 106
7.1 Основные результаты......................................106
7.2 Апробация работы и публикации............................108
3
Глава 1
Введение
1.1 Актуальность темы диссертации
С момента открытия мягких гамма-ренитеров исследование этого редкого класса компактных транзиентов является интереснейшей задачей современной наблюдательной астрофизики.
Основным типом активности, которым проявляют себя источники, является испускание коротких (длительностью менее секунды) всплесков электромагнитного излучения энергией до десятков кэВ и светимостью до 1041 эрг сек'1. Вторым, несравненно более впечатляющим явлением, являются гигантские вспышки - весьма редкие события, по пиковой мощности излучения в источнике (1045-1047 эрг сек-1) сопоставимые со светимостью квазаров.
Сегодня известно четыре мягких гамма-репитера (Soft Gamma-Ray Repeaters, SGR) - SGR 0526-66 в Большом Магеллановом Облаке и три репитера в Галактике: SGR 1806-20, SGR 1900+14 и SGR 1627-41. Они ассоциированы со слабыми медленными рентгеновскими пульсарами в молодых остатках сверхновых. Предполагаемая связь SGR с магиитарами -
4
изолированными нейтронными звездами, магнитные поля которых достигают 1015 Гс, выводит проблему на передний край астрофизики высоких энергий.
1.2 Цели работы
Цель настоящей работы заключается в исследовании активности мягких гамма-репитеров в жестком рентгеновском и мягком гамма-диапазоне в ходе экспериментов по изучению космических гамма-всплесков Конус и Геликон на космических аппаратах Винд, Коронас-Ф и Космос-2326.
1.3 Научная новизна
1. В период реактивации источника БОЯ 1900+14 в 1998 г. впервые зарегистрирована компактная серия повторных всплесков. Частота регистрируемых событий возросла по меньшей мере в 104 раз по сравнению с обычно наблюдаемой частотой появления всплесков в периоды реактивации БОЯ. В дальнейшем по крайней мере три подобные серии наблюдались от БвЯ 1806-20 в 2004 г. В обоих случаях появление серий предшествовало гигантским вспышкам в источниках.
2. Впервые зарегистрированы гигантские вспышки от источников БСЯ 1900+14 и БвЯ 1806-20. Полученные временные, спектральные и энергетические характеристики этих событий показывают единство их природы со знаменитой вспышкой 5 марта 1979 г. в источнике БвЯ 0526-66.
3. Во время гигантской вспышки 27 декабря 2004 г. в эксперименте Геликон-Короиас-Ф впервые осуществлена регистрация отраженного от
5
Луны всплеска жесткого электромагнитного излучения, источник которого (БСЯ 1806-20) находится вне Солнечной системы. Регистрация ослабленного отражением события позволила впервые получить достоверные временные и спектральные параметры и оценки энергетики начального импульса гигантской вспышки от БСИ в нашей галактике.
4. Зарегистрировано уникальное событие 18 июня 1998 г. от БОЯ 1627-41 по энергетике приближающееся к гигантским вспышкам, но не имеющее характерного для них мягкого затухающего “хвоста” излучения, модулированного вращением источника.
1.4 Достоверность полученных результатов
Достоверность результатов, полученных при анализе данных космических экспериментов Конус и Геликон подтверждается:
1. Проверкой численных результатов с использованием различных методов и программ обработки экспериментальных данных
2. Интенсивной кооперацией с другими космическими экспериментами, обменом и сравнением первичных данных, промежуточных и окончательных результатов
3. Математическим моделированием и наземной экспериментальной отработкой ситуаций, в которых сциитилляционные спектрометры работают в режиме перегрузки и наложения импульсов.
1.5 Практическая значимость
1. Полученные в ходе работы результаты важны для понимания природы магиитаров - редких компактных астрофизических объектов, магнитные
6
поля в которых достигают 1015 Гс и поведения вещества в сверхсильных магнитных полях.
2. Регистрация гигантских вспышек, оценки их временных и спектральных характеристик, энергетики в источниках, определение наблюдаемого потока излучения исключительно важны для планирования будущих экспериментов в области исследования известных SGR и поиска подобных источников в нашей и соседних галактиках.
3. Каталог повторных всплесков в SGR [3], зарегистрированных с 1979 г. в экспериментах Конус и Геликон, составленный и опубликованный для использования астрофизическим сообществом в ходе данной работы способствует дальнейшему прогрессу в исследовании мягких гамма-репитеров.
1.6 Основные положения, выносимые на защиту
1. Наблюдения SGR 1900+14 в период реактивации источника с мая 1998 г. по январь 1999 г с помощью спектрометра космических гамма-всплесков Конус на борту космической станции Wind. Индивидуальные характеристики повторных всплесков: временные истории, энергетические спектры, максимальные и интегральные потоки энергии. Статистические распределения и зависимости, построенные на их основе. Серия всплесков 30 мая 1998 г. Сравнение всплесковой активности SGR 1900+14 до и после гигантской вспышки 27 августа 1998 г., не выявившее существенных изменений в поведении источника.
2. Регистрация 27 августа 1998 г. в эксперименте Конус-Винд гигантской вспышки от SGR 1900+14. Характеристики начального импульса
7
вспышки: временная картина излучения, его спектральный состав, нижний предел пикового и интегрального излучения, восстановленные с помощью лабораторных исследований сцинтилляциошюго детектора и математического моделирование поведения измерительного тракта спектрометра в условиях перегрузки мощным потоком излучения. Временные, спектральные и энергетические характеристики события, сравнительный анализ с гигантской вспышкой 5 марта 1979 г. от SGR 0526-66. Сходство вспышек, подчеркивающее общность механизма их генерации.
3. Наблюдения SGR 1627-41 в июне-июле 1998 г., в первый и единственный до настоящего времени известный период его активации, позволившие подтвердить открытие нового репитера. Временные истории и энергетические спектры повторных всплесков, спектральная переменность излучения. Характеристики уникального события 18 июня 1998 г., по энергетике приближающегося к начальным импульсам гигантских вспышек, но не имеющего характерного мягкого затухающего “хвоста” излучения, модулированного вращением источника.
4. Регистрация гамма-спектрометром Конус-Винд 27 декабря 2004 г. гигантской вспышки в SGR 1806-20, по своему виду аналогичной двум известным вспышкам в SGR 0526-66 и SGR 1900+14, но существенно превосходящей их по интенсивности. Временные и спектральные характеристики пульсирующего хвоста вспышки. Присутствие в его спектрах жесткой степенной компоненты, наблюдаемой до 10 МэВ. Свидетельства слабого послесвечения SGR 1806-20 в диапазоне до 1 МэВ на протяжении нескольких часов после вспышки.
5. Регистрация гамма-спектрометром Геликон на спутнике Коронас-Ф 27 декабря 2004 г. начального импульса гигантской вспышки в SGR1806-20 в форме ослабленного сигнала комптоновского рассеяния Луной. Модели-
рование процесса взаимодействия излучения с лунной поверхностью и последующая обработка отраженного сигнала. Восстановленные временные, энергетические и спектральные характеристики падающего импульса.
1.7 Структура диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы.
В первой, вводной главе раскрывается предмет и актуальность темы диссертации, тема работы, се научная новизна и практическая значимость. Приводятся основные положения, выносимые на защиту.
Во второй главе рассмотрена аппаратура и условия наблюдений, в которых получены обсуждаемые в работе данные: гамма-спектрометр Конус на космическом аппарате НАСЛ Wind, гамма-спектрометр Геликон на российской околоземной обсерватории Коронас-Ф и гамма-спектрометр Конус-А на спутнике Космос-2326. Также приведено краткое описание наземной калибровки спектрометров.
Третья глава начинается с краткого введения в историю открытия SGR, описаны их наблюдаемые свойства и доминирующая в настоящее время магнитарная модель источников. Далее приводятся результаты наблюдений мягкого гамма-репитера SGR 1900+14, полученные с помощью спектрометра Конус-Винд в период реактивации источника с мая 1998 г. по январь 1999 г. Рассматриваются индивидуальные характеристики повторных всплесков - их временные истории, энергетические спектры, максимальные и интегральные потоки энергии. Представлены некоторые статистические распределения и зависимости. Глубокое сходство рассмотренных событий с повторными всплесками из других SGR подчеркивает еди-
9
- Київ+380960830922