УРЫСОН АННА ВЛАДИМИРОВНА

КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ УЛЬТРАВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ

КАК ИНСТРУМЕНТ АСТРОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Специальность 01.04.23 – физика высоких энергий

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

доктора физико-математических наук

Москва – 2008

Работа выполнена в Отделении ядерной физики и астрофизики

Физического института им П.Н. Лебедева РАН.

Официальные оппоненты:

член-корреспондент РАН

Ткачев Игорь Иванович (ИЯИ, Москва),

доктор физико-математических наук, профессор

Калмыков Николай Николаевич (НИИЯФ МГУ, Москва)

доктор физико-математических наук, профессор

Вильковиский Эммануил Яковлевич (АФИ, Алма-Ата)

Ведущая организация – Ереванский физический институт

Защита состоится “ 21 ” апреля 2008 г. в 12 часов

на заседании Специализированного Совета Д002.023.02

Физического института им. П.Н.Лебедева РАН по адресу: 119991, Москва,

Ленинский проспект, 53.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физического института им. П.Н.Лебедева РАН.

Автореферат разослан “ ” 2008 г.

Ученый секретарь

Специализированного совета

доктор физико-математических наук Я.Н.Истомин

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы обусловлена интенсивными исследованиями проблемы происхождения космических лучей ультравысоких энергий (E>4(1019 эВ). В мире существует несколько установок, на которых исследуются космические лучи таких энергий. Однако, вследствие различных методов определения энергии частиц, данные, полученные на разных установках, не всегда согласуются. В настоящее время общепринятой точки зрения на происхождение частиц ультравысоких энергий не существует. Предлагаются различные гипотезы относительно их источников и условий ускорения. Поэтому исследования в данном направлении важны и актуальны.

Цель работы – анализ данных о космических лучах ультравысоких энергий для идентификации источников частиц, для выяснения условий ускорения в источниках космических лучей и для исследования распространения частиц в межгалактическом пространстве.

Новизна основных результатов. В наших работах были идентифицированы основные источники космических лучей ультравысоких энергий.

Кроме того, была предложена модель ускорения частиц до ультравысоких энергий в отождествленных источниках, в дополнение к существовавшим моделям других авторов. Это было сделано по двум причинам. Во-первых, мы предполагаем, что источники различаются физическими условиями, вследствие чего в них реализуются разные механизмы ускорения частиц. Во-вторых, часть отождествленных нами источников обладает умеренной мощностью излучения в разных диапазонах энергии. В нашей модели ускорение частиц происходит именно в таких источниках. Ранее предполагалось, что ускорение частиц до ультравысоких энергий в таких источниках не происходит. Мы показали, что нашу модель можно подтвердить или опровергнуть, исследуя химический состав космических лучей ультравысоких энергий.

Далее был проанализирован энергетический спектр космических лучей ультравысоких энергий и показано, что, несмотря на большие ошибки измерений, его можно использовать для выяснения условий ускорения космических лучей в источниках. Кроме того, мы рассмотрели обсуждавшиеся в литературе возможные значения максимальной энергии частиц в источниках, а именно: 1027 и 1021 эВ. По нашим результатам, полученным из анализа измеренного спектра, максимальная энергия частиц не превышает E(1021 эВ. Ранее такую оценку получали только теоретически.

В работе также исследованы зарегистрированные в космических лучах кластеры частиц (группы частиц, приходящие, в пределах ошибок, из одного участка небесной сферы). Был подтвержден результат, полученный в астрономических наблюдениях, а именно: частицы ускоряются в источниках, которые, по-видимому, обладают переменной активностью.

Кроме того, мы нашли, что представляет интерес исследование гамма-излучения с энергией E(1014 эВ, которое генерируется в электромагнитных каскадах, возникающих при распространении частиц в межгалактическом пространстве. Результаты такого исследования позволят проверить независимым способом механизм ускорения частиц в источниках, а также, возможно, позволят уточнить спектр внегалактического фонового радиоизлучения.

Таким образом, в диссертации показано, что космические лучи ультравысоких энергий являются дополнительным инструментом астрофизических исследований.

Научная и практическая ценность работы определяется тем, что полученные результаты могут быть использованы для анализа и интерпретации экспериментальных данных о космических лучах ультравысоких энергий, а именно для определения их источников и условий распространения частиц в межгалактическом пространстве.

Апробация работы. Основные положения диссертации изложены в 26 публикациях. Ее результаты докладывались на семинарах в ФИАН, ИЯИ, НИИЯФ МГУ, ИКИ, ОИЯИ (Дубна), а также на Всероссийских конференциях по космическим лучам в 1994, 1998, 2004, 2006 гг. и на Всероссийской астрономической конференции “Горизонты Вселенной” (Москва, ГАИШ МГУ, 2004). Результаты работы были доложены также на Международной школе по теоретической физике “Коуровка-96” (Ижевск, 1996), на Объединенном евро-азиатском астрономическом съезде JENAM (Москва, МГУ, 2000), на 18-ом Европейском симпозиуме по космическим лучам (Москва, МГУ, 2002), на Международных конференциях по астрофизике высоких энергий HEA-2003 и HEA-2005 (Москва, ИКИ, 2003, 2005), на Международной конференции RNP2005 (Дубна, ОИЯИ, 2005), на Международных рабочих совещаниях по космическим лучам ультравысоких энергий (Москва, ИЯИ, 2004, 2005, 2006). Результаты работы представлялись также на 27-ой Международной конференции по космическим лучам в 2001 г. (Гамбург).

Публикации. По представленным в диссертации материалам автором опубликовано 26 печатных работ в российских и международных изданиях. Полный список работ автора содержит более 100 наименований, из них 35 – по астрофизике космических лучей.

Вклад автора. Все представленные в диссертации результаты получены без соавторов.