Содержание к диссертации
Введение
1 Введение 4
1.1 Актуальность темы диссертации 4
1.2 Цели работы 5
1.3 Научная новизна 5
1.4 Достоверность полученных результатов 6
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 Конус-Винд 12
2.2 Геликон-Коронас-Ф 15
2.3 Конус-А 17
2.4 Калибровка и расчет матриц отклика детекторов 18
3 Активность SGR 1900+14 в 1998 г. по наблюдениям в экс перименте Конус-Винд 21
3.1 Введение 22
3.2 Наблюдения 24
3.3 Заключение 33
4 Гигантская вспышка от SGR 1900+14 27 августа 1998 г. 36
4.1 Введение 36
4.2 Вспышка 27 августа 1998г. в SGR 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 SGR 1627-41 в 1998 г. 59
5.1 Введение 60
5.2 Наблюдения 60
5.3 Заключение 68
6 Гигантская вспышка в SGR 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
Заключение 106
- Основные положения, выносимые на защиту
- Калибровка и расчет матриц отклика детекторов
- Переходная область Т — То = 1 — 35 сек и последующие пульсации
- Комптоновское рассеяние начального импульса вспышки Луной
Введение к работе
1.1 Актуальность темы диссертации
С момента открытия мягких гамма-репитеров 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 мапштарами -
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 SGR 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 SGR. В дальнейшем по крайней мере три подобные серии наблюдались от SGR 1806-20 в 2004 г. В обоих случаях появление серий предшествовало гигантским вспышкам в источниках.
Впервые зарегистрированы гигантские вспышки от источников SGR 1900+14 и SGR 1806-20. Полученные временные, спектральные и энергетические характеристики этих событий показывают единство их природы со знаменитой вспышкой 5 марта 1979 г. в источнике SGR 0526-66.
Во время гигантской вспышки 27 декабря 2004 г. в эксперименте Геликои-Короиас-Ф впервые осуществлена регистрация отраженного от
Луны всплеска жесткого электромагнитного излучения, источник которого (SGR 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 SGR в нашей галактике.
4. Зарегистрировано уникальное событие 18 июня 1998 г. от SGR 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:
Проверкой численных результатов с использованием различных методов и программ обработки экспериментальных данных
Интенсивной кооперацией с другими космическими экспериментами, обменом и сравнением первичных данных, промежуточных и окончательных результатов
Математическим моделированием и наземной экспериментальной отработкой ситуаций, в которых сцинтилляционные спектрометры работают в режиме перегрузки и наложения импульсов.
1.5 Практическая значимость
1. Полученные в ходе работы результаты важны для понимания природы магнитаров - редких компактных астрофизических объектов, магнитные
поля в которых достигают 10 Гс и поведения вещества в сверхсильных магнитных полях.
2. Регистрация гигантских вспышек, оценки их временных и спектраль
ных характеристик, энергетики в источниках, определение наблюдаемого
потока излучения исключительно важны для планирования будущих экс
периментов 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 опубликован
ный для использования астрофизическим сообществом в ходе данной ра
боты 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
вспышки: временная картина излучения, его спектральный состав, нижний предел пикового и интегрального излучения, восстановленные с помощью лабораторных исследований сцинтилляционного 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.
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.
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.
Регистрация гамма-спектрометром Геликон на спутнике Коронас-Ф 27 декабря 2004 г. начального импульса гигантской вспышки в SGR 1806-20 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, ее 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 НАСА 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-
нообразие механизма их эмиссии.
В четвертой главе приводятся детальные результаты наблюдений гигантской вспышки в SGR 1900+14, зарегистрированной 27 августа 1998 г. Рассмотрена проблема оценки пикового потока излучения в условиях перегрузки сцинтилляционного детектора и наложения импульсов. Проводится сопоставление двух сверхмощных событий 27 августа 1998 г. в SGR 1900+14 и 5 марта 1979 г. в SGR 0526-66. Поразительное сходство вспышек подчеркивает единство их природы.
В пятой главе рассматриваются наблюдения SGR 1627-41 в июне-июле 1998 г., в первый и единственный до настоящего времени известный период его активации. Обсуждаются временные истории и энергетические спектры всплесков, спектральная переменность излучения. Особо рассмотрено уникальное событие 18 июня 1998 г., по энергетике приближающееся к начальным импульсам гигантских вспышек, но не имеющее характерного затухающего мягкого "хвоста" излучения, модулированного вращением источника.
В шестой главе анализируются данные, полученные при регистрации 27 декабря 2004 г. гигантской вспышки в SGR 1806-20. По своему виду вспышка аналогична двум известным вспышкам в SGR 0526-66 и SGR 1900+14, существенно превосходя их по интенсивности. Огромный поток рентгеновского и гамма-излучения в узком начальном импульсе вспышки приводит к практически мгновенному глубокому насыщению гамма-детекторов аппаратуры Конус-Винд, что исключает возможность непосредственного измерения характеристик излучения. В этой ситуации исключительно благоприятным обстоятельством явилась регистрация гамма-спектрометром Геликон на спутнике Коронас-Ф ослабленного сигнала комптоновского обратного рассеяния излучения начального им-
пульса вспышки Луной. Моделирование процесса взаимодействия излучения с лунной поверхностью и последующая обработка отраженного сигнала позволили восстановить временные, энергетические и спектральные характеристики падающего импульса. По данным Конус-Винд определены временные и спектральные характеристики пульсирующего "хвоста" вспышки. Обнаружено, что его мягкие спектры содержат также жесткую степенную компоненту, простирающуюся до 10 МэВ. В диапазоне до 1 МэВ прослеживается слабое послесвечение SGR 1806-20, спадающее на протяжении нескольких часов. Рассмотрена также общая картина активности SGR 1806-20 в испускании повторных всплесков до и после гигантской вспышки.
В заключительной главе приводятся основные результаты работы, список публикаций по теме диссертации и сведения об апробации результатов.
В конце представлен список цитируемой литературы, содержащий 77 наименований.
Основные положения, выносимые на защиту
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы.
В первой, вводной главе раскрывается предмет и актуальность темы диссертации, тема работы, ее 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 НАСА 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 нообразие механизма их эмиссии.
В четвертой главе приводятся детальные результаты наблюдений гигантской вспышки в SGR 1900+14, зарегистрированной 27 августа 1998 г. Рассмотрена проблема оценки пикового потока излучения в условиях перегрузки сцинтилляционного детектора и наложения импульсов. Проводится сопоставление двух сверхмощных событий 27 августа 1998 г. в SGR 1900+14 и 5 марта 1979 г. в SGR 0526-66. Поразительное сходство вспышек подчеркивает единство их природы.
В пятой главе рассматриваются наблюдения SGR 1627-41 в июне-июле 1998 г., в первый и единственный до настоящего времени известный период его активации. Обсуждаются временные истории и энергетические спектры всплесков, спектральная переменность излучения. Особо рассмотрено уникальное событие 18 июня 1998 г., по энергетике приближающееся к начальным импульсам гигантских вспышек, но не имеющее характерного затухающего мягкого "хвоста" излучения, модулированного вращением источника.
В шестой главе анализируются данные, полученные при регистрации 27 декабря 2004 г. гигантской вспышки в SGR 1806-20. По своему виду вспышка аналогична двум известным вспышкам в SGR 0526-66 и SGR 1900+14, существенно превосходя их по интенсивности. Огромный поток рентгеновского и гамма-излучения в узком начальном импульсе вспышки приводит к практически мгновенному глубокому насыщению гамма-детекторов аппаратуры Конус-Винд, что исключает возможность непосредственного измерения характеристик излучения. В этой ситуации исключительно благоприятным обстоятельством явилась регистрация гамма-спектрометром Геликон на спутнике Коронас-Ф ослабленного сигнала комптоновского обратного рассеяния излучения начального им пульса вспышки Луной. Моделирование процесса взаимодействия излучения с лунной поверхностью и последующая обработка отраженного сигнала позволили восстановить временные, энергетические и спектральные характеристики падающего импульса. По данным Конус-Винд определены временные и спектральные характеристики пульсирующего "хвоста" вспышки. Обнаружено, что его мягкие спектры содержат также жесткую степенную компоненту, простирающуюся до 10 МэВ. В диапазоне до 1 МэВ прослеживается слабое послесвечение SGR 1806-20, спадающее на протяжении нескольких часов. Рассмотрена также общая картина активности SGR 1806-20 в испускании повторных всплесков до и после гигантской вспышки.
В заключительной главе приводятся основные результаты работы, список публикаций по теме диссертации и сведения об апробации результатов.
Рассматриваемые в работе данные получены с помощью гамма-спектрометра Конус на космическом аппарате GGS-Wind, гамма-спектрометра Геликон на российской околоземной обсерватории Коронас-Ф и гамма-спектрометра Конус-А на спутнике Космос-2326. Все три прибора предназначены для исследования космических гамма-всплесков, разработаны, собраны и испытаны в Лаборатории экспериментальной астрофизики ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН.
Сцинтилляционный гамма-спектрометр Конус-Винд является прибором для изучения космических гамма-всплесков, установленным в рамках межправительственного соглашения на космическом аппарате (КА) GGS-WIND (рис. 2.1), лаборатории NASA по изучению солнечно-земных связей. КА был запущен в 1994 году на сложную (рис. 2.2) высокоапогейную.
Калибровка и расчет матриц отклика детекторов
Рекуррентные короткие гамма-всплески с мягкими энергетическими спектрами были известны к моменту наблюдений уже почти двадцать лет. Первые два источника таких всплесков были открыты и локализованы в марте 1979 г. в эксперименте Конус на станциях Венера-11 и Венера-12 [52]. Примечательный сверхмощный гамма-всплеск 5 марта 1979 г. [50] дал начало серии из 16 более слабых коротких всплесков в источнике FXP 0526-66, наблюдавшихся на протяжении нескольких последующих лет [23]. Тогда же, в марте 1979 г., были обнаружены три коротких мягких всплеска, пришедших из источника В1900+14 [51]. В 1983 г. на станциях Прогноз-9 и ICE была обнаружена серия мягких повторных всплесков из третьего источника 1806-20 [5], [48]. Источники повторных мягких всплесков получили название мягких гамма-репитеров (SGR). Интересно отметить, что короткий гамма-всплеск 7 января 1979 г. [53], как показал ретроспективный анализ данных Венеры-11 и Прогноза-7, также принадлежит SGR 1806-20 [5]. Таким образом, в течение только трех месяцев были зарегистрированы всплески от трех мягких гамма-репитеров. Этот факт невольно привлекает внимание, поскольку четвертый мягкий гамма-репитер SGR 1627-41 был обнаружен и локализован только через 19 лет в 1998 г. [33], [76]. Ситуация с возможным пятым SGR 1801-23 [12, 28] вызывает некоторый скептицизм, поскольку из этого источника было зарегистрировано всего два мягких всплеска, разделенных интервалом в несколько часов.
Важнейшие результаты принесли исследования, направленные на идентификацию источников повторных всплесков с астрофизическими объектами, видимыми на других длинах волн. Гигантский узкий начальный импульс события 5 марта 1979 г. был зарегистрирован на десятке различных космических аппаратов. Триангуляционный метод дал рекордно малую (около 0.1 квадратной угловой минуты) область локализации источника, проецирующуюся на внешний край остатка сверхновой N 49 в Большом Магеллановом Облаке [10]. Позднее наблюдения со спутника ROSAT позволили обнаружить в этой области постоянный рентгеновский источник [66].
Отождествление SGR 0526-66 с N 49 вызывало некоторые сомнения, обусловленные энергетическими соображениями [52]. При расстоянии до N 49 в 55 кпк выход энергии в событии 5 марта составляет 5-Ю44 эрг и в повторных всплесках до 8-Ю42 эрг при светимостях несопоставимо (в 104—106 раз) превышающих Эддингтоновский предел для нейтронной звезды [52]. Но свидетельства в пользу больших расстояний до SGR и, соответственно, больших энерговыделений продолжали поступать. Кулкарни и Фрайл [Щ установили связь SGR 1806-20 с остатком сверхновой G10.0-0.3, удаленным на расстояние 14 кпк [14]. Мураками и др. [61] на спутнике ASCA локализовали одно из событий в SGR 1806-20 и обнаружили совпадающий с ним по координатам постоянный мягкий рентгеновский источник. Затем Коувелиотоу и др. [44] при наблюдениях на спутнике RXTE обнаружили регулярные пульсации в эмиссии этого источника с периодом Р = 7.47 сек. Параллельный анализ архивных данных ASCA за 1992 г. подтвердил этот период и позволил определить его производную Р = 2.6 10_3 сек/год.
Источник SGR 1900+14 расположен близко к остатку сверхновой G48.2+0.6 и ассоциируется с ним [43]. С этим репитером совпадает мягкий рентгеновский источник, точно локализованный при наблюдениях на ROSAT [27]. Наблюдения источника с ASCA в апреле 1998 г. обнаружили периодичность эмиссии 5.16 сек [32]. При возобновлении всплесковой активности SGR 1900+14 в июне и августе 1998 г. [34] наблюдения на RXTE подтвердили этот период и определили скорость замедления вращения нейтронной звезды Р — 3.5 Ю-3 сек/год [45].
Наблюдения на RXTE дали также некоторые свидетельства о возможной периодичности 6.7 сек для нового SGR 1627-41 [16], которые, впрочем, пока не подтвердились [76, 35].
И, наконец, в недавних наблюдениях на обсерватории Chandra были обнаружены пульсации в слабом постоянном рентгеновском потоке источника SGR 0526-66. Их период (8 сек [47]) совпал с периодом модуляции [50] мягкого затухающего "хвоста" гигантской вспышки 5 марта 1979 г.
Таким образом, известные мягкие гамма-репитеры обнаруживают связь с молодыми ( 104 лет) остатками сверхновых, наличие периода в диапазоне 5-8 сек и его вековое увеличение на несколько миллисекунд в год. Томпсон и Дункан [72], [73] предположили, что мягкими гамма-репитерами являются молодые нейтронные звезды со сверхсильными магнитными полями (до 1015 Гс), быстро замедляющие свое вращение вследствие больших потерь на магнитное дипольное излучение, названные маг-нитарами. Деформации и разломы коры нейтронной звезды под действием магнитных сил приводят к высвобождению и трансформации магнитной энергии в энергию частиц и жестких фотонов.
Далее рассмотрим результаты наблюдений повторных всплесков из SGR 1900+14 в 1998 г., полученных при помощи спектрометра гамма-всплесков Конус на борту космического аппарата Wind [2].
Переходная область Т — То = 1 — 35 сек и последующие пульсации
При высоких значениях ./V вследствие перекрытия отдельных импульсов в детекторе начинает формироваться и увеличиваться постоянная составляющая электрического сигнала. Регистрация отдельных фотонов начинает сменяться детектированием флуктуации выходного сигнала, что приводит к сильнейшим искажениям измеряемого спектра. Так скорость счета в жестком окне G3, показанная на рис. 4.3, полностью обусловлена эффектами наложения сцинтилляций в детекторе. При дальнейшем увеличении загрузки рост непрерывного флуктуирующего сигнала на выходе усилительной схемы ограничивается величиной напряжения питания. При достижении такого уровня насыщения скорость регистрации отсчетов резко падает, и при превышении этого уровня регистрация полностью прекращается. При лабораторных исследованиях была также выяснена важная роль двух эффектов последействия, которые необходимо учитывать в моменты резкого изменения интенсивности вблизи уровня насыщения. Первый из них связан с высвечиванием долгоживущей компоненты фосфоресценции в кристалле Nal(Tl), приводящим к затягиванию задних фронтов во временном профиле. Второй эффект связан с инерционностью схемы стабилизации высокого напряжения для питания фотоумножителя. В результате, после больших скачков интенсивности вблизи насыщения усиление фотоумножителя в течение 30-40 мс может отклоняться от номинальной величины. Именно с этим аппаратурным эффектом, который был воспроизведен в лаборатории, связано кратковременное появление отсчетов на интервале Т-То = 20-30мс.
Следует отметить хорошее согласие результатов численного моделирования зависимостей n(N) с измерениями. Это обстоятельство является очень важным. Вид зависимостей n(N) для трех энергетических окон Gl, G2, G3 оказывается сильно чувствительным к форме энергетического спектра входного потока, следовательно сопоставление наблюдаемых значений Щ,гі2, щ дает возможность оценить достаточно уверенно не только интенсивность входного потока, но и жесткость спектра. При лабораторных измерениях возможность выбора формы спектра была ограничена. Согласие результатов прямых измерений и моделирования позволяет уверенно применить моделирование зависимостей n(N) для спектров любого вида.
Возвращаясь к событию 27 августа (рис. 4.1), можно заключить, что в нервую секунду всплеска задача восстановления его профиля очень сложна, но может быть решена, за исключением моментов полного насыщения. Тем не менее, и на интервале Т — То = 0 — 0.2 сек могут быть получены предельные оценки. Отметим два важных момента. Во-первых, в течение нескольких миллисекунд предыстории (Т То) скорости счета еще не велики и не искажены. По их соотношению в трех энергетических окнах мы можем оценить жесткость спектра в самый начальный момент всплеска, которая оказывается весьма высокой и в предположении, что спектр имеет вид dN/dE а Е 1 ехр(—Е/кТ), соответствует величине кТ 200 кэВ. Во-вторых, вблизи от насыщения детектор начинает работать как калориметр. Постоянная составляющая выходного тока фотоумножителя пропорциональна средней освещенности фотокатода сцинтилляциями, т.е. полному выделению энергии в детекторе в единицу времени. При заданном коэффициенте усиления спектрометрического тракта величина выходного тока, соответствующая насыщению, известна. Численное моделирование позволяет учесть и флуктуации выходного тока фотоумножителя, уровень которых зависит от жесткости входного фотонного спектра, следовательно мы можем с хорошей точностью определить значение потока энергии на детектор, соответствующее полному прекращению отсчетов. Так, например, для входных фотонных спектров со значениями кТ 30 и 300 кэВ он оказывается равным 2.4 Ю-2 и 3.1 Ю-2 эрг/см2сек соответственно. Таким образом, нижний предел энергетического потока во вспышке в моменты полного насыщения оказывается достаточно надежно установленным.
Интересно отметить, что эффект полного насыщения детекторов в эксперименте Конус-Виид неоднократно наблюдался при регистрации так называемых имитаций всплесков, которые вызываются ядерными взаи модействиями ультрарелятивистских многозарядных ядер космических лучей с веществом кристалла Nal(Tl). Мгновенное выделение огромной (103 ГэВ и более) энергии в кристалле сопровождается медленно спадающим высвечиванием долгоживущей компоненты фосфоресценции с постоянной времени т 100 - 150 мс [40, 38]. Флуктуации выходного тока фотоумножителя регистрируются как отдельные рентгеновские кванты. На рис. 4.4 дан пример не очень сильной имитации, наблюдавшейся 22 июля 1997 г. Из приведенных графиков следует, что при попадании частицы выходной ток почти мгновенно перегружает усилитель. Затем, после снижения тока ниже уровня насыщения, в окне G1 наблюдается огромная скорость счета. Выбранный пример (ср. с рис. 4.2) содержит даже кратковременное появление отсчетов вследствие инерционности системы стабилизации питания ФЭУ. Принципиальное различие рис. 4.2 и рис. 4.4 заключено в совершенно разных уровнях скорости счета в жестких окнах G2 и G3. Оно определяется различиями в амплитуде и разбросе флуктуации выходного тока, обусловленными тем, что в событии 27 августа эффект насыщения определяется наложением узких пачек сцинтилляций, вызванных жесткими гамма-квантами, а в имитации суммируется огромное множество малых сигналов, вызванных отдельными фотонами фосфоресценции.
На интервале Т — То = 0.2 — 1 сек падающий на детектор поток фотонов остается еще очень высоким. Он претерпевает сильные и резкие вариации как интенсивности, так и спектрального состава. На этом участке были получены четыре спектра сигналов от детектора при времени накопления 0.256 сек. Для определения быстрых изменений интенсивности и жесткости такое усреднение оказывается слишком грубым. Тем не менее, из рис. 4.5 определенно следует, что в среднем жесткость излучения вспышки на интервале Т - То = 0.512 — 0.768 сек существенно выше, чем в соседних временных интервалах.
Комптоновское рассеяние начального импульса вспышки Луной
В июне-июле 1998 г. в эксперименте Конус-Винд была зарегистрирована серия всплесков от недавно открытого [44, 76] мягкого гамма-репитера SGR 1627-41. Изучение временных историй и энергетических спектров событий показало, что интегральный и пиковый поток регистрируемого излучения находятся в характерных для данного класса источников интервалах, 3-Ю-7 - 7.5-Ю-6 эрг см-2 и 10 5 - Ю-4 эрг см-2 сек-1 соответственно. В то же время, одно из событий, зарегистрированное 18 июня 1998г. в 3 ,=6153.5 сек UT, драматически выделяется из общей совокупности. Его интегральный поток составляет 7 Ю-4 эрг см-2, достигая пиковой величины 2 Ю-2 эрг см 2 сек-1. В предположении расстояния до репитера 11 кпк [15] оценка энерговыделения в источнике составляет 1 1043 эрг при максимальной светимости 3 1044 эрг сек-1, что близко к характеристикам жестких начальных импульсов событий 5 марта 1979 г. (SGR 0626-66) и 27 августа 1998 г (SGR 1900+14). В то же время, отсутствие характерного для гигантских вспышек на SGR протяженного "хвоста", модулированного вращением нейтронной звезды, делает данное событие уникальным.
С момента открытия SGR в 1979 г. к началу описываемого периода были известны только три подобных источника: SGR 1806-20, SGR1900+14 и SGR 0526-66. 15 июня 1998 года в эксперименте BATSE на орбитальной обсерватории CGRO был обнаружен четвертый мягкий гамма-репитер, SGR 1627-41 [44, 76]. Вскоре его открытие было подтверждено наблюдениями в экспериментах Конус-Винд и Ulysses[30], BeppoSAX [20] и RXTE [68]. Точная локализации источника сетью IPN и в эксперименте RXTE [33, 76] показала, что его координаты соответствуют молодому остатку сверхновой G337.0-0.1. Сообщение о возможном обнаружении пульсаций с периодом 6.7 сек [16] пока не подтверждено.
Далее будут рассмотрены временные и спектральные характеристики повторных всплесков из SGR 1627-41 по наблюдениям в эксперименте Конус-Винд в июне-июле 1998 г.
В период с 17 июня по 12 июля 1998 г., в эксперименте Конус-Винд были зарегистрированы 34 всплеска от SGR 1627-41. Часть из них была недостаточно интенсивна для перевода спектрометра в триггерный режим и наблюдалась в фоновом режиме с временным разрешением 2.94 сек, что, к сожалению, мало подходит для изучения всплесков характерной для репитеров субсекундной длительности и не предоставляет возможности из мерения многоканальных энергетических спектров. Кроме того, большая часть событий оказалась достаточно плотно сгруппирована во времени, за первые двое суток наблюдений, за 17 и 18 июня было зарегистрировано 29 всплесков. Подобная группировка порождает еще одну наблюдательную проблему. Вывод записанного в триггерном режиме события в телеметрическую систему КА Винд занимает порядка одного часа. Аппаратура в этот период времени способна фиксировать наблюдаемый поток излучения только с использованием служебного телеметрического канала с временным разрешением не лучше 3.86 сек. С учетом приведенных ограничений, в триггерном режиме было зарегистрировано только 13 событий, которые, тем не менее, предоставляют достаточный материал для оценки временных и спектральных свойств всплесков из нового репитера.
На рис. 5.1 приведены примеры временных историй всплесков, зарегистрированные с разрешением 2 мс в энергетическом диапазоне Е1 15 кэВ. Они демонстрируют сложную временную структуру событий с характерными временами нарастания и падения интенсивности на уровне нескольких миллисекунд. Как и ожидалось для гамма-ренитера, энергетические спектры мягкие, с параметром экспоненциального обрезания кТ 25 кэВ. При этом во многих всплесках очевидна спектральная переменность излучения. Как иллюстрация, на рис. 5.2 приведены временные истории события 18 июня 1998 г. То=16229.0 сек UT в мягком энергетическом окне Gl(15 - 55 кэВ), окне средних энергий G2(55 - 250 кэВ) и отношение жесткости G2/G1. Многоканальные энергетические спектры, измеренные с момента Т0 последовательно с временем накопления 64 мс приведены на рис. 5.3. Данные фотонные спектры хорошо описываются степенной моделью с экспоненциальным обрезанием dN/dE .Е-0,5 ехр(-Е/кТ), значения параметра кТ приведены в подписи. На фазе затухания всплеска его энергетический спектр вырождается в степенной с фотонным индексом —2.8.
