Delist.ru

Космические лучи ультравысоких энергий как инструмент астрофизических исследований (31.01.2008)

Автор: Урысон Анна Владимировна

2. Данные ливневых установок Pierre Auger и HiRes подтверждают модель ускорения со степенным начальным спектром частиц в источниках. Кроме того, данные установки Pierre Auger свидетельствуют, что источниками космических лучей ультравысоких энергий являются и “дальние” лацертиды, и “ближние” сейфертовские ядра.

В дополнение, максимальная энергия частиц в источниках не превышает значения E ?1021 эВ. Ограничения на величину максимальной энергии частиц были получены теоретически на основе возможных условий ускорения в активных галактических ядрах в работах (Aharonian F. et al. // Phys. Rev. 2002. V.D66. P.023005; Medvedev M.V. // Phys. Rev. 2003. V.E 67. P. 045401).

3. На основании представленной нами модели получено, что в сейфертовских ядрах частицы могут ускоряться на фронтах ударных волн в релятивистских джетах на расстоянии 1-3 пк от центра. Частицы в источниках не только ускоряются до ультравысоких энергий, но и выходят из области ускорения без значительных энергетических потерь.

Максимальная энергия и химический состав частиц, ускоренных в сейфертовских ядрах, зависят от величины магнитного поля в джете. В настоящее время оно не определено. Следуя литературным данным, мы рассматривали поле в диапазоне ~5-1000 Гс. В рамках принятой модели мы получили следующие ограничения на величину магнитного поля в джете, в зависимости от заряда и энергии частиц.

В сейфертовских ядрах самую большую энергию - E(1021 эВ, приобретают ядра железа, если величина поля в джете B(16 Гс. При значении поля B~(5-40) Гс ядра с Z<10 ускоряются до энергии E(1020 эВ, ядра с Z(10 приобретают энергию E(2(1020 эВ. В поле B~1000 Гс только частицы с Z(23 набирают энергию E(1020 эВ. Протоны ускоряются до энергии E<4(1019 эВ и не попадают в интересующую нас область энергий при любой величине поля B. Поэтому в космических лучах, генерированных в сейфертовских ядрах, отсутствуют протоны.

В литературе обсуждаются различные возможности образования космических лучей ультравысоких энергий – это эволюция топологических дефектов (Berezinsky V., Vilenkin A. // Phys.Rev.Lett. 1997. V.79.P.5202), распады реликтовых сверхтяжелых частиц холодной темной материи (Кузьмин В.А., Рубаков В.А. //ЯФ. 1998. Т.61. С.1122), гамма-всплески (Totani T. // Astrophys. J. 1998. V.502. P.L13). В первой модели основную часть космических лучей при энергии E(1021 эВ составляют гамма-кванты. В второй модели ожидается заметный (~20%) избыток космических лучей ультравысоких энергий из галактического центра. В гамма-всплесках рождаются только протоны ультравысоких энергий.

В нашей модели состав космических лучей ультравысоких энергий соответствует ядрам (ядерным фрагментам), избыток космических лучей из области галактического центра отсутствует.

Поэтому, если представленная модель верна, то регистрируемые протоны с энергией E>4(1019 эВ являются фрагментами атомных ядер, либо были ускорены в других источниках (возможно, в лацертидах). Кроме того, магнитные поля в джетах можно оценивать не только из астрономических наблюдений, но и по энергетическому спектру и химическому составу космических лучей.

4. Показана информативность исследования ливней, порожденных гамма-квантами с энергией E(1014 эВ, образованными в результате ГЗК-эффекта. Доля ливней, порожденных гамма-квантами, будет отличаться на порядки, в зависимости от того, в каких источниках (“ближних” или “дальних”) и с каким начальным спектром были ускорены космические лучи ультравысоких энергий. Кроме того, доля ливней, порожденных этими квантами, может отличаться в десятки раз в зависимости от спектра внегалактического фонового радиоизлучения. Он до настоящего времени не выяснен. Поэтому ливни, порожденные гамма-квантами, представляются дополнительным источником информации об условиях ускорения космических лучей, а также о внегалактическом радиофоне.

Я глубоко признательна всем коллегам, с которыми эта работа обсуждалась на разных этапах исследования: В.Л Гинзбургу, Н.С. Кардашеву, А.А. Старобинскому, В.А. Кузьмину, а также В. А. Беднякову, В.С. Березинскому, Ю.Н. Ветухновской, Э.Я. Вильковискому, В.А. Догелю, П.И. Зарубину, А.В.Засову, Я.Н.Истомину, Б.В. Комбергу, Г.И. Мерзону, И.Г. Митрофанову, А.И. Никишову, И.Л. Розенталю, О.К. Сильченко и В.А. Цареву.

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях.

Урысон А.В. О роли ядер космических лучей в генерации диффузного гамма-излучения // Изв. РАН. Сер. физ. 1994. Т.58. С. 171.

Урысон А.В. Наблюдения межгалактических электромагнитных каскадов от взаимодействий протонов сверхвысоких энергий с реликтовыми фотонами // Краткие сообщения по физике. 1996. №3-4. С.30.

Урысон А.В. Возможные источники космических протонов сверхвысоких энергий // Письма в ЖЭТФ. 1996. Т.64. С. 71.

Урысон А.В. Форма спектра и возможное происхождение космических лучей сверхвысоких энергий // Краткие сообщения по физике. 1997. №1-2. С.62.

Урысон А.В. Возможные ограничения на источники космических лучей сверхвысоких энергий // Краткие сообщения по физике. 1997. №11-12. С.7.

Урысон А.В. Возможное происхождение и спектр космических лучей сверхвысоких энергий // Письма в ЖЭТФ. 1997. Т.65. С.729.

Урысон А.В. Космические лучи сверхвысоких энергий: возможное происхождение и спектр // ЖЭТФ. 1998. Т.113. С.12.

Урысон А.В. Возможное наблюдение электромагнитных каскадов в межгалактическом пространстве // ЖЭТФ. 1998. Т.113. С.385.

Урысон А.В. Отождествление внегалактических источников космических лучей по данным разных установок // ЖЭТФ. 1999. Т.116. С.1121.

Урысон А.В. О регистрации электромагнитных каскадов, образованных в межгалактическом пространстве // Изв. РАН. Сер. Физ. 1999. Т.63. С. 624.

Урысон А.В. Возможность ускорения космических лучей в ядрах сейфертовских галактик // Краткие сообщения по физике. 2000. Т.6. С.7.

Uryson A.V. UHECR acceleration in Seyfert nuclei // Proc 27th ICRC. Hamburg. 2001. OG. P. 2100.

Uryson A.V. Results of identification of UHECR sources // Proc 27th ICRC. Hamburg. 2001. HE. P. 551.

Uryson A.V. Identification of active galactic nuclei as possible sources of UHECR // Astron. Astrophys. Transactions. 2001. V.20. P.347.

Урысон А.В. Результаты отождествления космических лучей сверхвысоких энергий // Астрон Ж. 2001. Т.78. С.686.

Урысон А.В. Ускорение космических лучей сверхвысоких энергий в ядрах сейфертовских галактик // Письма в Астрон Ж. 2001. Т.27. С.901.

Урысон А.В. Сейфертовские галактики – возможные источники космических лучей сверхвысоких энергий // Краткие сообщения по физике. 2002. Т.2. С.3.

Uryson A.V. Identification of nearby active galaxies as sources of cosmic rays above 4(1019 eV // Astron. Astrophys. Transactions. 2004. V.23. P.43.

Урысон А.В. Сейфертовские ядра – источники космических лучей предельно высоких энергий // Астрон Ж. 2004. Т. 81. С.99.

Урысон А.В. Максимальная энергия и спектры космических лучей, ускоренных в активных ядрах // Письма в Астрон Ж. 2004. Т.30. С.897.

Урысон А.В. Энергетический спектр космических лучей от внегалактических источников // Изв. РАН. Сер. физ. 2004. Т.68. С.1627.

Урысон А.В. Возможное происхождение кластеров в космических лучах ультравысоких энергий // Письма в Астрон Ж. 2005. Т. 31. С. 847.

Урысон А.В. Космические лучи предельно высоких энергий: отождествление возможных источников, энергетический спектр, распространение // ЭЧАЯ. 2006. Т. 37. С. 651.

Урысон А.В. Внегалактическое диффузное гамма-излучение сверхвысоких энергий // Изв. РАН. Сер. физ. 2007. Т.30. С. 897.

25. Uryson A.V. Ultra high energy cosmic rays: possible sources and spectra // In Frontiers in Cosmic Ray Research. Ed. I. Martsch. Nova Science (New-York). 2007. P. 131.

Урысон А.В. Межгалактические электромагнитные каскады как инструмент исследования фонового радиоизлучения // Краткие сообщения по физике. 2007. №11. С.11.

загрузка...