Наблюдение космических гамма-всплесков и периодических рентгеновских источников в эксперименте на ИСЗ "Прогноз-9" Свертилов, Сергей Игоревич

Введение к работе

Актуальность проблемы. Развитие космической техники за последние годы позволило добиться существенного прогресса в различных областях внеатмосферной астрономии.

В результате наблюдений в рентгеновском диапазоне, выполненных в ходе экспериментов на космических аппаратах "Ухуру", "Коперник", "Эйнштейн", EXOSAT, "Астрон", "Квант" (ОКС "Мир"), и др., были открыты и изучены новые классы галактических объектов, в том числе: рентгеновские источники в двойных системах, рентгеновские пульсары, баретери, транзиенты, диффузное фоновое рентгеновское излучение. Было также зарегистрировано рентгеновское излучение от многих внегалактических объектов.

Среди достижений наблюдательной гамма-астрономии следует отметить открытие в экспериментах на спутниках "Вела" космических гамма-всплесков, спектры которых лежат в диапазоне рентгеновского и гамма-излучения (от нескольких кэВ до нескольких десятков МэВ). К настоящему времени о гамма-всплесках накоплен достаточно обширный экспериментальный материал, в том числе лучшие данные по статистике гамма-всплесков получены в экспериментах с аппаратурой КОНУС на АМС серии "Венера". В настоящее время всестороннее изучение космических гамма-всплесков и рентгеновских источников ведется на обсерваториях "Гранат", GRO и др.

По современным представлениям высокую рентгеновскую светимость некоторых источников обеспечивает нагрев вещества до очень высоких температур (более 10⁶ К) при аккреции в сильном гравитационном поле. Подобный процесс может иметь место в так называемых рентгеновских двойных системах, состоящих из обычной звезды, поставляющей вещество, и релятивистского компактного объекта (белый карлик, нейтронная звезда или черная дыра), на который происходит аккреция. Изучение подобных объектов необходимо для понимания звездной эволюции, конечными продуктами которой они являются. Кроме того, излучение рентгеновских двойных несет информацию о физических процессах и свойствах вещества в сверхсильных гравитационных и электромагнитных полях. Поэтому исследование рентгеновских источников не ограничивается только астрофизическими проблемами, но и имеет общефизическое значение.

Одной из важных задач наблюдательной рентгеновской астрономии является изучение периодичностеи в излучении рентгеновских источников, которые могут быть связаны как с орбитальным движением, так и с собственным вращением компонентов двойной системы, и, соответственно, давать непосредственную информа-

J 1

цшо о природе этих объектов. В настоящее время из нескольких сотен рентгеновских источников, открытых в нашей Галактике и ближайших галактиках-спутниках -Большом и Малом Магеллановых Облаках, лишь несколько десятков известны как периодические. Причем число источников, в излучении которых периодичности наблюдались в жестком рентгеновском диапазоне, еще меньше.

Актуальной проблемой остается исследование космических гамма-всплесков. До сих пор этому явлению не найдено адекватного объяснения, остается также открытым вопрос о принадлежности источников гамма-всплесков нашей Галактике.

Основная цель работы заключалась в дальнейшем изучении временных и спектральных свойств периодических источников жесткого рентгеновского излучения, а также исследовании статистических характеристик космических гамма-всплесков. Основная информация была получена в результате измерений временных зависимостей потоков рентгеновского и гамма-излучения в диапазоне 10-200 кэВ из различных областей зпездного неба, втом числе района центра Галактики. Для этого был разработан и создан рентгеновский прибор, с помощью которого на ИСЗ "Пропюз-9" были проведены соответствующие наблюдения. Была разработана методика выделения периодических процессов и отдельных возрастаний (рентгеновских и гамма-всплесков) из полученных в ходе эксперимента временных рядов значений скоростей счета в рентгеновских каналах прибора.

Новизна работы. Впервые прибор с относительно широким полем зрения (~0.7 ср) применен для одновременных наблюдений космических гамма-всплесков и периодических рентгеновских источников в диапазоне энергий 10-200 кэВ. В районе центра Галактики обнаружено несколько новых периодических процессов в суточном диапазоне периодов. Получена новая информация об их спектрах. Зарегистрировано 15 космических гамма-всплесков, втом числе всплеск 83.08.01, считающийся одним из самых сильных за всю историю наблюдений. Получены данные, свидетельствующие об изотропном характере распределения источников гамма-всплесков по небу, в том числе и для слабых всплесков (с потоками S менее 10"⁵ эрг/см²¹. Уточнен характер распределения частоты регистрации гамма-всплесков по наблюдаемым потокам в области малых величин потоков.

Научная и практическая значимость работы. Обнаружение в районе центра Галактики новых периодических процессов в суточном диапазоне периодов, которые могут быть обусловлены орбитальным движением, собственным вращением или пульсациями, а также прецессией компонентов двойных систем (или прецессией аккреционного диска), подтверждает представление о галактических рентгеновских источниках как о двойных системах. Полученные в результате наблюдений средние

кривые блеска в различных энергетических диапазонах и данные о спектрах периодических компонентов излучения позволяют уточнить модели этих источников.

То, что для гамма-всплесков не обнаружено увеличения частоты их регистрации при наблюдениях центра Галактики и областей, примыкающих к галактическому экватору, находится в согласии с известным фактом их изотропного распределения по небу. Галактическая модель происхождения гамма-всплесков не будет этому противоречить, если предположить, что наблюдаемое в области малых S отклонение распределения частоты регистрации гамма-всплесков по потокам от ожидающейся для однородного распределения источников в пространстве зависимости S ² в области малых S обусловлено аппаратурной селекцией, а источники гамма-всплесков находятся на расстояниях, не превышающих толщину галактического диска.

Классификация типов имитаций рентгеновских и гамма-всплесков заряженными частицами и аппаратурными сбоями, а также методика выделения периодических процессов при анализе временных рядов скоростей счета в рентгеновских каналах прибора могут быть использованы при обработке результатов других космических рентгеновских экспериментов.

Метод оценки величин регистрируемых потоков и их спектральных характеристик путем моделирования физических процессов в приборе при заданной форме спектра падающих фотонов с учетом параметров прибора, полученных в результате калибровочных измерений при облучении от радиоактивных источников и фона, может быть использован в практике расчета рентгеновских и гамма-спектрометров.

Автор выносит на защиту.

1. Выполненную работу по изготовлению, настройке, калибровке и установке на борту ИСЗ рентгеновского спектрометра.

2. Результаты расчета физических характеристик прибора.

3. Методику обработки информации с ИСЗ "Прогноз-9", позволившую выделить космические гамма-всплески и периодические рентгеновские источники.

4. Результаты наблюдений космических гамма-всплесков и периодических рентгеновских источников в эксперименте на ИСЗ "Прогноз-9".

Апробация работы. Материалы, представленные в диссертации, обсуждались на научных семинарах НИИЯФ МГУ, Всесоюзных семинарах по рентгеновской и гамма-астрономии, 20-й Международной конференции по физике космических лучей.

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в семи печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Общий объем работы 154 страницы, в том числе 42 рисунка, 3 таблицы и 11 страниц со списком цитированной литературы, который содержит 170 названий.