Введение к работе
Диссерацяя посвящена наблюдении транзиентных астрофизических явлений (космические гамма-всплески, солнечные вспышки), которые способны создавать потоки высокоэнергкчных фотонов, на порядки превышающие фоновый уровень. Транзионтныэ явления, наблюдаемые на орбите всенаправленкыки детекторами, сходны лишь.с наблюдательной точки зрения: они вызьтают кратковременное увеличение скорости счета в детекторах, заметно превышающее средний фон прибора и намного превышающее суммарный вклад от всех известных космических источников рентгеновского и гакна-излучения.
Всонаправленные дотекторы рентгеновского и гамма-излучения на орбите способны фиксировать транзиенткые ' явления различной природы:
-космические гамма-всплески; -высокоэнергичныо солнечіше вспышки;
-транзиентные возрастания фона, связанные с частицами естественного и искусственного происхождения.
Космические гамма-всплески
Одним из наиболее ярких явлений современной астрофизики высоких энергий являются космические гамма-всплески, открытые американскими спутниками серии ВЕЛА в 1973 году. Крупнейший вклад в их изучение внесли приборы КОНУС и СНЕГ на межпланетных станциях ВЕНЕРА и прибор БАТСЕ Обсерватории Гамма-Лучей. В настоящее время на орбите проводят исследования спутник ГРАНАТ, Обсерватория Ганна-Лучей, межпланетный зонд УЛИСС и приборы КОНУС и ТГРС на спутнике ВИНД.
До сих пор нет общепризнанной физической модели этого явления, которая объясняла бы всю совокупность экспериментальных данных. Источники космических гамма-всплесков не отождествлены с известными астрофизическими объектами. Не известно расстояние,до источников. Наблюдается широчайшее разнообразие энергетических спектров и кривых блеска.
1 "
В ходе наблюдений со спутников ПР0ГН03-9, ФОБОС, НИР-КВАНТ, ГРАНАТ было зарегистрировано более двухсот пятидесяти космических гамна-всплесков. Результаты обработки и интерпретации этих данных составляют основу первой части диссертации.
Высокоэнергичные солнечные вспышки
Солнечная активность имеет цикличный характер. Длительность цикла солнечной активности по данным, полученным в оптическом и радиодиапазонах, составляет 11 і.ат. Наиболее яркие солнечные вспышки происходят в основном в период максимума солнечной активности, который продолжается 2-3 года. Очередной максимум солнечной активности пришелся на 1990-1991 гг. - первые два года работы в косносе обсерватории ГРАНАТ.
В ходе наблюдений на спутнике ГРАНАТ было изучено рентгеновское и гамма-излучение 110 солнечных вспышек, в том числе зафиксирован ряд случаев синтеза дейтерия на поверхности Солнца. Дейтерий синтезируется на глубине меньше 5 г/см2 к солнечный ветор должен выносить его в межзвездное пространство. Факт синтеза дейтерия на поверхности Солнца и вспыхивающих звезд имоет особое значение для астрофизики. Общепринято, что космическое обилие дейтерия, гелия-3, гелкя-4 и лития является следствием ядерных реакций в первые три минуты жизни Вселенной. На отой основе делаются важные выводы о параметрах Вселенной и ее истории. Альтернативные источники легких элементов в межзвездной среда требуют в связи с этим пристального внимания. Перспективная орбитальная обсерватория СПЕКТР-РГ должна исследовать статистику рентгеновских вспышек на молодых звездах, необходимую для оценок эффективности процесса синтеза легких элементов в Галактике.
Зоновые условия на орбите
Фоновые условия на орбите определяют эффективность наблюдений при помощи всенаправленных детекторов, поскольку потоки заряженных частиц в космосе, когут сокращать эффективное время наблюдоний редких космических и солнечных транзиентных явлений и могут приводить к их имитации. Потоки заряженных частиц в космосе оказывают влияние на работу детекторов и электроники научных приборов и приводят к сокращению их срока службы и деградации параметров. Данные о фоновой обстановке на различных
орбитах являются актуальными с точки зрвния планирования будущих экспериментов. D ходэ наблюдений на космических аппаратах ФОБОС. ПРОГНОЗ-Э, ГРАНАТ и НИР-КВАНТ при помоии зсонапраэлонных жесткого рентгеновского и мягкого гамма-излучения был получен большой объем информации о фоновой радиационноЯ обстановке в межпланетном пространстве, круговой околоземной орбита и эллиптических орбитах с периодами обращения спутников порядка одного месяца (апогей ТООтыс. км) и четырех суток (апогей 200тыс. км).
Перспективный астрофизический проект СПЕКТР-РЕІПТЕН-ГАММА
Дальнейший прогресс в области астрофизики высоких энергий требует качественного улучшения характеристик приборов, устанавливаемых на космических аппаратах. Совместные усилия ученых двенадцати стран мира позволили разработать для проекта СПЕКТР-РЕНТГЕЗ-ГАММА комплекс научных приборов высокого класса.
Приборы орбитальной обсерзатории СПЕКТР-РЕНТГЕН-ГАММА должны дать информации о галактических источниках рентгеновского излучения 5чорШ9 дыры и нойт- онные звезды в двойных звездных систенах, естетки вспьсіек сверхновых, горячий межзвездный газ, горячио корону сбычкых ззезя), сверхмассивных черных дырах в ядрах активных галактик, межгалактическом газе в скоплениях галактик, рентгеновской излучении норналышх галактик. Огромная площадь собирающих зеркал рентгеновских телескопов, широчайший энергетический диапазон 0,3-100 кэВ, способность строить рентгенозские изображения с разрешением от 10 угл.с. в широком поле (40мин на 40мин дуги) и проводить поляриметрические исследования и рентгеновскую спектроскопию с высоким энергетическим разрешением открывают уникальную возможность использования обсерватории в целях коснологии. Еще одной важной задачей проекта будет исследование транзиентных рентгеновских источников и космических гамма-всплесков.
Проект СПЕКТР-РЕНТГЕН-ГАММА должен давать уникальную информацию о звездных рентгеновских вспышках, аналогичных происходящим на Солнцо. Это позволит определить вспышочную активность различных типов звезд и оценить количество дейтерия, синтезируемого на их поверхности.
У?ЛЇ_Р?9ІУ:
-исследование космических гамма-всплесков;
-исследование событий, наблюдаемых от источника мягких коротких повторных гамма-всплесков SGR1806-21;
-исследование высокоэнергичкых солнечных вспышек;
-исследование процесса синтеза дейтерия во время высокоэнергичных солнечных вспышек;
-исследование влияния аппаратурных аффектов при наблюдении космических гамна-всплесков;
-исследование фоновой радиационной обстановки а оптимизация параметров научной аппаратуры с учетом влияния коснической радиации; исследование влияния ядерных реакторов на орбите на фон. регистрируемый всенаправленнымн детекторрани гамма-излучения;
-анализ перспективы наблюдения рентгеновских вспышек на молодых звездах телескопани международного научного астрофизического проекта СПЕКТР-РЕНТГЕН-ГАКМА.
У5У31?ая_новизна диссертационной работы состоит в том, что! -Проведено систематическое исследование космических гамма-всплесков, зафиксированных в экспериментах НКН АН СССР ИРА (модуль МИР-КВАНТ), советско-французском эксперименте СНЕГ-2МП9 на спутнике ПР0ПІ03-9, советско-французском эксперименте ЛИЛАС проекта ФОЕОС-1,2, российско-французских экспериментах СИГМА и ФЕБУС и российски-датском эксперименте ВОТЧ (Проект ГРАНАТ) в диапазоне 3 кэВ-100 МэВ в период с 1983 по 1095г.
-Проведено систематическое исследование высокоэнергичкых солнечных вспышек 22-го солнечного цикла в период .990 - 1034 гг. в диапазоне ЮОкэВ-ЮОМэВ. Данные о высокоэнергичных солнечных вспышках, произошедших в период начальной фазы солнечного максимума с декабря 1989 по май 1991г., особо важны, поскольку в этот период обсерватория ГРАНАТ была единственным космическим аппаратом, способным детектировать солнечные вспышки в указанном диапазоне энергий.
-Зафиксирован ряд случаев синтеза дейтерия во время высокоэнергичных солнечных вспышек. По эмиссии в линии 2,2 МэВ отмочено, что процесс синтеза дейтерия и других легких
эленоитов на поворхности пспьппочно-активных звезд может давать дополнительный вклад в обилие легких элементов во Вселенной. Проанализированы перспективы иаблюдоный рентгеновских вспышвк на звездах телескопами международного астрофизического проекта СПЕКТР-РЕ1ІТГЕІІ-ГАША.
Результаты проведенного в диссертации исследования могут быть использованы при построении теоретических моделей явления космических ганна-всплоскоп, источников повторных всплесков, синтеза дейтерия в ходе солночіплх вспышек, о также пря подготовке спутниковых экспериментов в области астрофизики высоких энергий.
Апробация_результатев
Результаты работ по томе диссертации, докладывались на Международном семинаре КОСПАР по физике компактных объектов (София, 1987); на 20-Я Международной Конференции по Косничоским Лучам (Москва-, 1987) ; на двух Всесоюзных семинарах по астрофизике высоких энергий (Ленинград, Баку, 1987)? на семинарах в ики РАН, ГАИШ МГУ, ФИАН; на семинарах в Тата-Пнституто Фундаментальной Физики (Бомбей, 1988), Университете штата Нью-Хэипшир и Маршалловском космической центре (США, 1993), Лойсторском университете и Лаборатории Резерфорд-Апплтон (Великобритания), Институто Астрофизики общества Макса Планка (Германия, 1935); на Генеральных Ассамблеях КОСПАР (D Гааге, Нидерланды, -.1990; в Вашингтоне, США, 1992; о Гамбурге, Германия, 1994); на трех международных конференцииях "Frontiers of X-ray Astronony" (Нагойл, Япония, 1991) н 'Таковский Сонинар" (С-Петврбург. 1994); на конференциях Обсерватории Ганма-Лучой по космическим гамма-всплескам в г. Хантсвилле, США (1091, 1933, 1993); на коллоквиуме MAC "Flares and Flashes" (Зониенберг, Германия, 1994); на симпозиуме ЕКА "Towards the Source of Ganma-Ray Bursts" (Нордвайк. Голландия, 1995); на 4-й конференции Европейского Астрономического Обшества (Катания, Италия, 1993).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 56 печатных работ. Основные результаты содержатся в 23 работах.
Структура_ _ диссертации
Диссертация состоит из введения,пяти частей, 16 глав, заключения, ^ь рисунков, 2^~х таблиц и списка цитируемых работ, включающего 1'6 наименований. Объем диссертации Л"-* страниц.