WikiGinkaUA.ru

Дослідження: гамма промені

У Кримській астрофізичній обсерваторії дослідження в області астрофізики високих енергій були розпочаті в 1955 році. Через три роки під керівництвом Арнольда Арташесович Степаняна була створена Станція космічних променів, з якої згодом виросла Лабораторія гамма-астрономії. Основне завдання, яке стояло перед співробітниками станції, - це дослідження космічного фону елементарних частинок у поверхні Землі і в її атмосфері. Станція була оснащена двома установками: кубічним тeлескопом для реєстрації мезонів компоненти космічних променів (Степанян, 1960 [1]) і нейтронним монітором для реєстрації більш низько енергійних частинок. Ці прилади працювали до 1961 року, їх показання посилалися в Міжнародний центр даних. Дослідження показали, що магнітні бурі супроводжуються зниженням інтенсивності космічних променів по всьому енергетичному спектру (Степанян, Володимирський, 1960 [2]). Був також встановлений ряд закономірностей в поширенні космічних променів, генерованих на Сонце в міжпланетному просторі (Володимирський, Степанян, 1961). Було показано, що тривалості хромосферних спалахів корелюються з амплітудами зниження інтенсивності космічних променів під час ефекту Форбуша (Степанян, 1962 [3]).

З 1961 по 1965 роки на Станції проводилися вимірювання потоку космічних променів в стратосфері за допомогою куль зондів. Аналіз отриманих даних показав, що практично всі сонячні спалахи призводять до генерації часток високих енергій (Володимирський, 1968 [4]).

Результати спостережень на реєстраторі черенковських спалахів РЧВ-1

З 1965 року були розпочаті роботи зі створення детектора для виявлення гамма-випромінювання надвисоких енергій (СВЕ, Еgt, 10 12 еВ ) Від галактичних і позагалактичних об`єктів методом реєстрації черенковських спалахів від електронно-фотонного зливи, що виникає при попаданні гамма-кванта в атмосферу Землі. Перші спостереження були розпочаті в 1969 році на найпростіших як на теперішній час гамма-телескопах (детекторах), виготовлених з прожекторів з дзеркалами діаметром 1.5 метра, в фокусі яких містилися фотоелектронні помножувачі (ФЕУ). Детектор РЧВ-1 (рис. 1) був дві пари телескопів, включених попарно на збіги.

Мал. 1 .: Черенковський телескоп 1-го покоління РЧВ-1 в КрАО.

За період з 1969 до 1980 років були досліджені об`єкти різних типів: залишки наднових, пульсари, радіогалактики, рентгенівські джерела, квазари і інші. Для більшості об`єктів були визначені лише верхні значення потоків гамма-квантів СВЕ. Однак при скануванні галактичної площини (1971-1973 рр.) В сузір`ї Кассіопеї було виявлено джерело гамма-випромінювання СВЕ з координатами? = 1 h 16 ± 4 m. ? = 62 ° 00? (Степанян і ін. 1972 - Фомін та ін. 1975). Джерело був названий Cas? -1. У 1971 році в ході експерименту UHURU в рентгенівському діапазоні було виявлено джерело 4U 0115 + 63, що представляє собою подвійну систему з рентгенівським пульсаром (період 3.6 с), орбітальний період якої - 24 дня (Раппопорт та ін. 1978). На супутнику SAS-2 від цього об`єкта був зареєстрований потік гамма-квантів з енергією Egt, 10 8 еВ (Хоустон, Волфіндейл, 1983). Близькість координат 4U 0115 + 63 та Cas? -1 і знайдений період 24 дня в спостереженнях гамма-джерела СВЕ (Нешпор, Зискін, 1988) дали підстави отожествить ці два об`єкти. При спостереженнях джерела Cas? -1 в 1992 і 1993 роках в Криму (гамма-телескоп ГТ-48) був зареєстрований потік гамма-квантів СВЕ з достовірністю 4.5? (Стандартних відхилень). Таким чином, можна припускати, що об`єкт 4U 0115 + 63 (Cas? -1) випромінює в широкому діапазоні частот від рентгенівського до гамма СВЕ.

Регулярні спостереження рентгенівського джерела Cyg X-3 на реєстраторі черенковських спалахів РЧВ-1 в Криму були розпочаті 5 вересня 1972 роки після отримання повідомлення про потужний спалах в радіодіапазоні. Перші ж спостереження в вересні 1972 року показали, що об`єкт Cyg X-3 випромінює гамма-кванти СВЕ, що згодом підтвердили інші обсерваторії. Спостереження рентгенівського джерела Cyg X-3 на реєстраторі РЧВ-1 тривали аж до 1980 року. Дев`ятирічні спостереження об`єкта Cyg X-3 дозволили виявити ряд цікавих його особливостей. Знайдений в випромінюванні гамма-квантів СВЕ період 4.8 години і його похідна (3 10 -9 с / c), виявлені варіації потоку гамма-квантів з періодом 328 днів (Нешпор і ін. 1980 - Нешпор, Зискін, 1982 - Нешпор, Зискін , 1988 - Зискін і ін. 1988). Подібність електромагнітних спектрів Крабовидной туманності і рентгенівського джерела Cyg X-3 дозволило багатьом дослідникам висловити припущення про наявність пульсара в об`єкті Cyg X-3. Для вирішення цього питання в КрАО була створена спеціальна апаратура для реєстрації точного часу черенковський спалаху і проведені спостереження Cyg X-3 на установці РЧВ-1 в період з 26.09 по 04.10.1978 року. Пошук періоду в діапазоні від 8 мс до 100 секунд проводився методом накладення епох на ЕОМ БЕСМ-6 і треба було 100 годин машинного часу. В результаті було показано, що об`єкт Сyg X-3 містить пульсар з періодом 9.2209 мс. випромінює гамма-кванти СВЕ (Зискін і ін. 1988). Cyg X-3 є тісному подвійною системою, до складу якої, ймовірно, входять нейтронна зірка (або чорна діра) і зірка Вольфа-Райе.

Багаторічні спостереження галактичної площини в різних її областях показали в середньому наявність гамма-випромінювання СВЕ від цього протяжного об`єкта (Фомін, 1977 [5]). Згодом, через 30 років, даний результат був підтверджений на гамма-установці HESS.

У 1971 році для спостережень південного неба в Чилі був розроблений і виготовлений гамма-телескоп першого покоління (типу РЧВ-1), який був відвезений в Чилі, там зібрано і налагоджений. Були проведені перші спостереження, і тільки військовий переворот в Чилі завадив надалі проводити спостереження на ньому.

Результати спостережень на гамма-телескопі ГТ-48

У 1973 році співробітниками Лабораторії гамма-астрономії під керівництвом Арнольда Арташесович Степаняна була розпочата розробка, а потім і будівництво нового гамма-телескопа другого покоління (ГТ-48), що складається з 48 дзеркал діаметром 1.2 метра (загальна площа 54 м 2). Гамма-телескоп ГТ-48 являє собою першу в світі стереоскопічну установку, яка призначена для реєстрації зображень черенковських спалахів, що викликаються як протонно-ядерної компонентою космічної променів, так і гамма-квантами СВЕ (Еgt, 10 12 еВ) при їх попаданні в атмосферу Землі . Це єдина в світі установка, яка одночасно реєструє черенковськие спалаху як у видимому (3000-5500?), Так і в ультрафіолетовому (2000-3000?) Діапазонах. Гамма-телескопи другого покоління (включаючи і телескоп ГТ-48) дозволяють визначити не тільки величину потоку, але і його напрямок, отже, координати джерела гамма-випромінювання СВЕ (Володимирський і ін. 1994). Спостереження на гамма-телескопі ГТ-48 були розпочаті в 1989 році і ведуться по теперішній час. Зокрема, успішними виявилися спостереження Крабовидной туманності в жовтні 1993 року. За вісім годин спостережень був зареєстрований потік гамма-квантів СВЕ на рівні 5 ?, в той час як на установці обсерваторії Уиппла з 37-канальним детектором аналогічний результат був отриманий за 20 годин спостережень (Калекін і ін. 1995 - Панч та ін. Тисяча дев`ятсот дев`яносто одна [ 6]). Отримані результати показують, що телескопи другого покоління в десятки разів ефективніше гамма-телескопів 60-70-х років і те, що телескоп ГТ-48 має деякі переваги в порівнянні з іншими черенковський телескопами. Крім того, аналіз даних спостережень 1989, 1994 і 1995 років дозволив зробити висновок про те, що об`єкт Cyg X-3 є джерелом гамма-квантів СВЕ, що підтверджує результати спостережень Cyg X-3 на установці РЧВ-1 в період 1972-1980 рр . (Володимирський і ін. 1991 - Нешпор і ін. 2003).

Відео: Гамма випромінювання

При спостереженнях у вересні-жовтні 1993 року сузір`я Лебедя був зареєстрований потік гамма-квантів СВЕ з високою вірогідністю (7?) Від нового об`єкта, розташованого поблизу рентгенівського джерела Cyg X-3 (Нешпор і ін. 1995). Цьому джерела гамма-випромінювання СВЕ було дано назву Cyg? -2 (Калекін і ін. 1996). Через 10 років, в 2003 році, на 28-ій Міжнародній конференції з космічних променів було зроблено повідомлення про реєстрацію потоку гамма-квантів СВЕ від об`єкта Cyg? -2 (Cyg OB2) при спостереженнях групою HEGRА в період 1999-2002 рр. (Роуелл, Хорнс, 2003 [7]). Аналіз результатів спостережень області Лебедя в період 1989-1990 років, проведених в обсерваторії Whipple, також показав наявність потоку гамма-квантів СВЕ від об`єкта Cyg? -2 (Ленг та ін. 2004). Гамма-джерело Cyg? -2 залишається й понині досить неідентифікованим об`єктом. Cyg? -2 розташований в області надзвичайно активного зореутворення в сузір`ї Лебедя, що містить велику кількість рентгенівських джерел і джерел низькоенергетичного гамма-випромінювання. Проте цей об`єкт не має "дублерів" на інших довжинах хвилях, і (що особливо дивно) їх немає навіть в рентгенівському діапазоні. У зв`язку з цим гамма-джерело СВЕ Cyg? -2, мабуть, можна віднести до класу високоенергічних джерел гамма-випромінювання СВЕ невідомої природи.

Мал. 2 .: Ізофоти розподілу напрямків приходу гамма-квантів від Cyg X-3 і Cyg? -2. ?? - відхилення від координат джерела по прямому сходженню, ?? - по відміні. Числа подій в правому верхньому куті.

У 1996-1997 роках були проведені спостереження об`єкта Гемінга. Це один з найзагадковіших об`єктів астрофізичних досліджень наших днів. Перш за все він цікавий тим, що потік енергії від нього в гамма-діапазоні Еgt; 50 МеВ в тисячу разів більше, ніж в рентгенівському, і в 200 тисяч разів більше, ніж в оптичному. Вивчення даних спостережень на ГТ-48 показало, що цей об`єкт є джерелом гамма-квантів надвисоких енергій. Аналіз розподілу гамма-квантів за часом методом накладення епох показав наявність періодичної складової в гамма-випромінюванні СВЕ з періодом 0.237 с. Також показано, що потік випромінювання гамма-квантів СВЕ модулюється з періодом "59 з". Значення періодів (0.237 с і 59 с) отримані раніше за супутниковими даними в рентгенівському і гамма (Еgt; 35 МеВ) діапазонах.

На початку 90-х років гамма-випромінювання СВЕ було виявлено від активних ядер галактик (АЯГ) Мrк 421 і Мrк 501. З 1996 року в КрАО ведуться спостереження АЯГ на гамма-телескопі ГТ-48 (Степанян і ін. 2002 - Нешпор і ін . 2001 - Нешпор і ін. 2007). Результати спостережень представлені в таблиці 1.

Таблиця 1. Результати спостережень АЯГ, що спостерігалися на ГТ-48.

Відео: Гамма випромінювання

Гамма-випромінювання СВЕ від активних ядер галактик 3C 66А і BL Lac виявлено вперше в Криму. Показано, що потоки в гамма-діапазоні СВЕ від АЯГ 3С 66А і BL Lac корелюють з потоками в оптиці.

Для галактики Мrк 501 виявлена змінність гамма-випромінювання СВЕ від ночі до ночі (Андрєєва та ін. 2000). За даними спостережень НДІ "КрАО" в 1997, 1998, 2000, 2002, 2004 і 2006 роках потік гамма-квантів СВЕ галактики Мrк 501 змінюється від року до року. Підтверджено наявність періодичної складової з періодом 23.2 дня (Нешпор і ін. 2003 [8]), а також знайдена позитивна кореляція між середніми за рік потоками в рентгені (2-10 кеВ) і гамма-випромінювання СВЕ (Нешпор, Жовтан, 2008).

Спектри активних ядер галактик схожі один на одного і мають два максимуми. Один максимум - низькочастотний, доводиться на оптичну, ультрафіолетову область або зміщується в область рентгена для АЯГ, що випромінюють гамма-кванти СВЕ, інший - високочастотний - максимум знаходиться в області гамма-випромінювання високих енергій (Нешпор, Степанян, 2006). За літературними даними, включаючи результати спостережень на ГТ-48, для 24 АЯГ обчислені світності гамма-випромінювання СВЕ Е = (0.1-1.0) ТеВ і Еgt; 1.0 ТеВ. виходячи з припущення, що гамма-випромінювання випускається изотропно, з урахуванням і без урахування міжгалактичного поглинання. Були також використані опубліковані дані спостережень гамма-випромінювання Еgt; 100 МеВ. отримані на GRO COMPTON за період з квітня 1991 року по жовтень 1995 (3-ий каталог EGRET для 74 об`єктів). Показано, що потужність гамма-випромінювання з високою вірогідністю зростає як квадрат відстані до галактики, а коефіцієнт кореляції дорівнює 0.80 ± 0.01. Можливо, це пов`язано з тим, що з відстанню обсяг Всесвіту зростає, а також зростає і число потужних об`єктів, і, отже, ймовірність виявити потужний об`єкт на великих відстанях збільшується, тому спостерігається така залежність. Можливо, це пов`язано з космологією, тобто з особливостями еволюції Всесвіту (молодші об`єкти світять яскравіше). Як наслідок, величина поглинання гамма-квантів СВЕ менше, ніж наведені величини в літературі, тому є велика ймовірність виявити гамма-випромінювання СВЕ від АЯГ на значно віддалених від нас (zgt; 0.5) позагалактичних об`єктах. Показано, що зі збільшенням активності АЯГ спектр гамма-випромінювання СВЕ стає більш пологим (Нешпор, 2011). Крім того, на підставі опублікованих даних спостережень позагалактичних і галактичних джерел в різних діапазонах енергій робиться висновок, що повинен існувати такий механізм генерації випромінювання, при якому збільшення потоку відбувається тільки у вузькому діапазоні енергій, причому частки більш високих енергій прискорюються більш ефективно (Нешпор, Жовтан , 2014 року).

Таким чином, лабораторія безперервно розвивалася як в технічному, так і в науковому планах. У 2011 році Лабораторія гамма-астрономії увійшла до складу Лабораторії позагалактичних досліджень і гамма-астрономії під керівництвом Сергія Геннадійовича Сергєєва. У 2015 році Лабораторія позагалактичних досліджень і гамма-астрономії перетворена в Відділ позагалактичних досліджень і гамма-астрономії.

Список літературних сіточніков відсутніх в SAO / NASA ADS.

  1. ? Stepanian А. А. // Bull. of the Crimean Astrophys. Obs. Vol. 24. p. 313 (1960).
  2. ? Stepanian А. А. Vladimirskiy B. М. // Bull. of the Crimean Astrophys. Obs. Vol. 24. p. 320 (1960).
  3. ? Stepanian А.А. // Bull. of the Crimean Astrophys. Obs. Vol. 28. p. 324 (1962).
  4. ? Vladimirskiy B.М. // Bull. of the Crimean Astrophys. Obs. Vol. 38. № 3. p. 432 (1968).
  5. ? Fomin V. P. // Bull. of the Crimean Astrophys. Obs. Vol. 56. p. 35 (1977).
  6. ? Panch M. et al. // Proc. of 22nd Intern. Cosm. Ray Conf. 1991. Vol. 1. P. 464.
  7. ? Gavin Rowele, Dieter Horns // Proc. of 28th Intern. Cosm. Ray Conf. 2003. P. 2345.
  8. ? Neshpor et al. // Bull. of the Crimean Astrophys. Obs. Vol. 99. p. 34 (2003).


Увага, тільки СЬОГОДНІ!
Схожі
» » Дослідження: гамма промені