Delist.ru

Космические лучи ультравысоких энергий как инструмент астрофизических исследований (31.01.2008)

Автор: Урысон Анна Владимировна

P1(12)=1.5(10-2, P2(22)=5.2(10-3, P3(27)=2.3(10-2;

в группе из 37 ливней с |b|>21.90

P1(9)=3.0(10-2, P2(19)=3.0(10-3, P3(21)=3.7(10-2;

в группе из 27 ливней с |b|>31.70

P1(10)=1.0(10-2, P2(19)=1.1(10-3, P3(21)=2.2(10-2.

Здесь значение вероятности P2(N) таково, что предположение о случайных совпадениях координат частиц и близких сейфертовских ядер отвергается на уровне достоверности, не меньшим 0.9973, для всех групп ливней, за исключением ливней, пришедших с широт |b|>11.20. Для ливней с |b|>11.20 гипотеза о случайном попадании отвергается на уровне достоверности около 0.9949.

При поиске источников среди лацертид были получены следующие значения вероятностей их случайного попадания вблизи оси ливня.

Вероятности случайного попадания любых лацертид в поле поиска равны:

в группе из 63 ливней без отбора по галактической широте прихода,

P1(45)<4.0(10-5, P2(56)=6.0 (10-5, P3(57)=2.3(10-2;

в группе из 54 ливней с |b|>11.20

P1(42)<3.0 (10-5, P2(51)=3.4(10-4, P3(51)=1.0(10-1;

в группе из 37 ливней с |b|>21.90

P1(36)<4.0 (10-5, P2(36)=2.5(10-3, P3(36)=8.7(10-2;

в группе из 27 ливней с |b|>31.70

P1(27)<4.0 (10-5, P2(27)=5.2(10-2, P3(27)=4.5(10-1.

При поиске источников среди ядер, чья принадлежность к лацертидам надежно установлена, вероятности случайного попадания равны:

в группе из 63 ливней без отбора по галактической широте прихода,

P1(38)<1.(10-5, P2(48)=4.7(10-4, P3(53)=1.0(10-2;

в группе из 54 ливней с |b|>11.20

P1(42)<3.(10-5, P2(43)=6.9(10-3, P3(47)=7.5(10-2;

в группе из 37 ливней с |b|>21.90

P1(28)<3. (10-5, P2(33)=1.8(10-3, P3(35)=4.0(10-2;

в группе из 27 ливней с |b|>31.70

P1(24)<1.0(10-5, P2(26)=1.2(10-2, P3(27)=2.0(10-1.

Гипотеза о случайных попаданиях лацертид вблизи оси ливня отвергается на уровне достоверности, большем 0.99730 при поиске в области однократной ошибки, и в некоторых случаях в поле двойной ошибки. Наряду с сейфертовскими ядрами лацертиды, по-видимому, являются возможными источниками космических лучей. Лацертиды были отождествлены в качестве возможных источников космических лучей также в работах (Тиняков П.Г., Ткачев И.И. // Письма в ЖЭТФ. 2001. Т.74. С.499; Gorbunov D.S. et al. // Astrophys. J. 2002. V. 577. P. L93).

Вероятности случайного попадания радиогалактик и рентгеновских пульсаров в поле поиска ливней, пришедших из участков неба с разными широтами b, составляет P((0.01-0.1). Поэтому был сделан вывод о том, что попадание этих объектов может быть случайным.

Что может влиять на результаты проведенного анализа?

Во-первых, любая установка наблюдает в течение суток разные участки неба неодинаковое время. Вследствие этого возможна регистрация большего числа ливней из тех участков неба, которые дольше наблюдались, по сравнению с другими участками. Мы не учитывали этого в нашей работе. Однако, наблюдения на установках, результаты которых мы анализировали, проводились в течение нескольких лет (десяти лет), поэтому влияние неравномерности в наблюдении неба, скорее всего, невелико.

Кроме того, на результаты анализа, несомненно, влияет статистика активных галактических ядер и ливней. Приведем пример, как влияет на результаты анализа статистика ливней. В нашей первой работе рассматривались 17 ливней с энергией E>3.2(1019 эВ, зарегистрированных на установках Akeno и AGASA (Hayashida N. et al. // Proc. 22nd ICRC. Dublin. 1991. V.2. P.117). Тогда мы получили низкую вероятность случайного попадания в область поиска вокруг оси ливня сейфертовских ядер, расположенных в радиусе 40 Мпк от Галактики: P(2(10-4. Впоследствии, когда число ливней, которые мы анализировали, возросло, вероятность случайного нахождения этих объектов вблизи оси ливня увеличилась до значения P~10-3.

А вот пример того, как влияет на результаты статистика объектов из каталогов активных галактических ядер. При статистике лацертид 55 вероятность их случайного попадания в область поиска была велика, и в наших работах они не были отождествлены в качестве возможных источников космических лучей. Впоследствии мы провели анализ со статистикой лацертид 159, и получили другую оценку вероятности.

По нашему мнению, на основании статистического анализа можно выявить основные источники космических лучей ультравысоких энергий, но затруднительно исключить другие гипотезы. Например, существуют ливни, в область поиска которых не попадают никакие объекты. Это можно объяснить тем, что каталоги объектов - неполные, в них содержатся не все объекты данного типа, и вследствие этого у некоторых ливней область поиска оказывается пустой. (Поэтому отождествлять источники можно только статистически.) Но возможно иное объяснение: статистический анализ указал на основные источники космических лучей ультравысоких энергий, однако существуют и другие, менее эффективные, или более редкие источники. От этих ''неосновных'' источников и приходят частицы, в поле поиска которых не найдено ни одного объекта ''основного'' типа.

Далее во второй главе приводится обоснование того, что в межгалактических и галактическом магнитных полях частицы распространяются практически прямолинейно. Рассматриваются отклонения частиц, излученных “близкими” сейфертовскими ядрами, в межгалактических полях и в поле Галактики. Показано, что в межгалактических полях отклонения малы. Лацертиды удалены от нас на сотни Мегапарсеков. Отклонения частиц в межгалактическом пространстве при прохождении таких расстояний рассматривались в работе (Долаг K. и др. // Письма в ЖЭТФ. 2004.Т.79. С.719), где было показано, что отклонения могут быть малыми, если межгалактическое магнитное поле неоднородно и сосредоточено в основном в сравнительно тонких нитях-филаментах.

Поэтому предположение о незначительных отклонениях частиц в межгалактических магнитных полях справедливо. Далее перечислены условия, когда отклонения частиц малы и в галактическом магнитном поле.

Подытожим результаты второй главы. Мы нашли, что возможными источниками космических лучей ультравысоких энергий являются активные галактические ядра, а именно: сейфертовские ядра в радиусе 40 Мпк от нашей Галактики и лацертиды. Радиогалактики исключены из списка возможных источников. (Статистика рентгеновских пульсаров - их около 20 - недостаточна для надежного вывода.)

Для того чтобы надежно установить источники космических лучей, нужно выяснить, существуют ли в отобранных источниках условия для ускорения частиц, и сравнить предсказания разных моделей с экспериментальными данными.

Процессам ускорения частиц в активных ядрах посвящена третья глава.

В третьей главе представлена наша модель ускорения частиц в активных ядрах, обладающих умеренной мощностью излучения, а также обсуждаются некоторые модели, предложенные ранее (Kardashev N.S. // Monthly Notices Roy. Astron. Soc. 1995. V.276. P.515; Haswell C.A. et al. // Astrophys. J. 1992. V. 401. P.495). В них частицы ускоряются электрическим полем, причем в первой модели частицы ускоряются в активных ядрах, имеющих мощные струи (джеты). Среди отождествленных нами источников такие джеты имеют лацертиды. Сейфертовские ядра с умеренной светимостью, которые также были отождествлены как источники космических лучей, не имеют мощных джетов.

Мы предложили еще одну модель ускорения космических лучей, предполагая, что в источниках могут существовать разные условия, вследствие чего реализуются разные механизмы ускорения. В нашей модели ускорение частиц происходит в источниках, которые обладают умеренной мощностью излучения в разных диапазонах. Такими источниками являются сейфертовские ядра. Ранее предполагалось, что ускорение частиц до ультравысоких энергий в них не происходит.

Основные предположения модели следующие.

загрузка...