II.               РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

 

2.1. Фундаментальные и прикладные научные исследования в области астрофизики и радиоастрономии

 

Тема ВСЕЛЕННАЯ. Исследования в области астрофизики высоких энергий, теоретической физики и наблюдательной космологии.

Гос. регистрация ? 0120.0 602990

 

Научный руководитель академик Р.А. Сюняев

 

Измерения нетеплового давления в горячем газе эллиптических галактик.

Распределение обычных звезд и горячего (десятки миллионов градусов) газа, наблюдаемого в рентгеновском диапазоне длин волн, отражают свойства общей гравитационной потенциальной ямы индивидуальных эллиптических галактик и центральных галактик в группах и скоплениях. В работе было выполнено сравнение профилей гравитационных потенциалов галактик NGC 4486 (M87) и NGC 1399, полученных из рентгеновских и оптических данных. Это сравнение показывает, что совместный вклад космических лучей, магнитных полей и микро-турбулентности составляет около 10-20% от теплового давления газа. Этот предел ограничивает не только плотность энергии космических лучей в настоящее время, но и налагает ограничения на всю историю горячего газа при условии, что протоны космических лучей эволюционируют адиабатическим образом и их диффузия по пространству подавлена. 

Churazov E., Forman W., Vikhlinin A., Tremaine S., Gerhard O., Jones C.,  2008. 'Measuring the non-thermal pressure in early-type galaxy atmospheres: a comparison of X-ray and optical potential profiles in M87 and NGC 1399.' MNRAS, 388, 1062-1078. 

 

 

Рис.1 Рентгеновское (слева) и оптическое (справа) изображения галактики М87. Сравнение распределений звезд и горячего газа в общей потенциальной яме позволят измерить вклад нетепловой составляющей в полное давление газа.

 

 

 

Рис.2 Оптическое (слева) и рентгеновское (справа) изображения галактики NGC1399.

 

Исследование физических процессов в горячем газе скоплений галактик.

 

Рассмотрены процессы диффузии и адвекции космических лучей в горячем газе скоплений галактик. Использовалось численное моделирование и формальное описание процесса анизотропной диффузии с учетом топологии магнитного поля. Показано, что конфигурация магнитных полей, возникающих при эволюции пузырей релятивистской плазмы, способствует удержанию космических лучей в пузырях.

 

Проанализирована потенциальная возможность измерения амплитуд турбулентных движений горячего газа в скоплениях галактик по измерению уширения спектральных линий рентгеновского диапазона при помощи рентгеновских болометров.

 

Rebusco, P.; Churazov, E.; Sunyaev, R.; Böhringer, H.; Forman, W., 'Width of X-ray lines as a diagnostic of gas motions in cooling flows', MNRAS, 2008, 384, 1511

Ruszkowski, M.; Enßlin, T. A.; Brüggen, M.; Begelman, M. C.; Churazov, E., 'Cosmic ray confinement in fossil cluster bubbles', MNRAS, 2008, 383, 1359

 

Измерения и природа космического рентгеновского фона

 

Для того чтобы проверить популярную, но до сих пор недоказанную гипотезу о том, что космический рентгеновский фон состоит из излучения всех активных ядер галактик (АЯГ) во Вселенной, по данным обзора всего неба обсерватории ИНТЕГРАЛ был впервые построен широкополосный (3-300 кэВ) суммарный спектр излучения близких (z<0.1) АЯГ. Полученный спектр имеет максимум в районе 50-80 кэВ, а также завалы ниже 20 кэВ и выше 100-200 кэВ. По форме и амплитуде измеренный спектр отлично согласуется со сценарием истории роста массивных черных дыр, в котором в ранней Вселенной росли более массивные, а сейчас - менее массивные черные дыры, при том, что спектр излучения, формирующегося при аккреции вещества на черную дыру, обладает практически универсальной формой. В целом результаты свидетельствуют в пользу того, что жесткий рентгеновский фон действительно состоит из множества неразрешенных АЯГ.

 

По данным наблюдений обсерватории RXTE, исследованы вариации интенсивности космического рентгеновского фона на больших угловых масштабах. Обнаружены вариации потока на уровне 2% на угловых расстояниях 20-40 град. Эти вариации коррелируют с локальной крупномасштабной структурой Вселенной, что позволило оценить объемное энерговыделение местной Вселенной в диапазоне энергий 2-10 кэВ на уровне (8+/-4)10^38 эрг/сек/Мпк^3. Обнаруженные вариации характеризуются жестким энергетическим спектром, похожим на спектр космического рентгеновского фона. Из этого следует, что вклад обычных галактик и скоплений галактик в полную рентгеновскую светимость локальной Вселенной не превышает 15%. Основная часть обнаруженной анизотропии рентгеновского фона связана с активными ядрами галактик малой светимости.

 

Выполнены расчеты характеристик космического рентгеновского фона, отраженного от атмосферы Земли в диапазоне энергий 1-1000 кэВ, с учетом точного химического состава атмосферы, комптоновского рассеяния и флуоресцентного рентгеновского излучения. Результаты вычислений были использованы при измерении спектра космического рентгеновского фона в недавней серии наблюдений Земли на обсерватории ИНТЕГРАЛ. Аналогичным образом рассчитаны альбедо Солнца и Марса. Эти объекты могут использоваться для более точных измерений спектра космического фона будущими жесткими рентгеновскими телескопами.

 

Результаты опубликованы в:

Sazonov S., Krivonos R., Revnivtsev M., Churazov E., Sunyaev R. "Cumulative hard X-ray spectrum of local AGN: a link to the cosmic X-ray background" Astronomy and Astrophysics 482, 517 (2008)

Revnivtsev M., Molkov S., Sazonov S. "Large-scale variations of the cosmic X-ray background and the X-ray emissivity of the local Universe" Astronomy and Astrophysics 483, 425 (2008)

Churazov E., Sazonov S., Sunyaev R., Revnivtsev M. "Earth X-ray albedo for cosmic X-ray background radiation in the 1-1000 keV band" Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 385, 719 (2008)

 

Микроволновое фоновое излучение

Проведены работы по исследованию наложения излучения в линиях молекул CO на угловое распределение реликтового излучения. Показано, что излучение CO во вращательных линиях является значимым источником ближнего фона для (МФИ) в диапазоне 20-60 Ггц, на угловых масштабах порядка 10 угловых минут (1000<l<8000). Показано, что наблюдения с переменным спектральным разрешением позволяют увеличить амплитуду наблюдаемого сигнала на множитель до двух порядков величины и также позволяют практически полностью отделить эту составляющую от других источников излучения ближнего фона и от флуктуаций МФИ. Предлагается использовать такие наблюдения как новый инструмент исследования пространственного распределения областей звездообразования во Вселенной на высоких красных смещениях. Это должно дать новые сведения об эпохе реионизации и о космологических параметрах, таких как σ_8.

 

Результаты опубликованы в

Righi M., Hernández-Monteagudo C., Sunyaev R. A, 'Carbon monoxide line emission as a CMB foreground: tomography of the star-forming universe with different spectral resolutions', Astronomy and Astrophysics, v. 489, p.489, 2008

 

Сверхглубокие наблюдения полей Галактики

В 2008 году были закончены сверхглубокие наблюдения Галактической плоскости орбитальной обсерваторией ЧАНДРА, проведенные по нашей заявке. Данные наблюдений обрабатываются.

В качестве подготовительной работы, необходимой для извлечения максимальной информации из данных наблюдений обсерватории ЧАНДРА был проведено исследование обзора этой площадки неба в инфракрасном спектральном диапазоне. Основной задачей этой работы стало построение карты межзвездного поглощения в направлении на площадку сверхглубоких наблюдений обсерватории ЧАНДРА. Только имея сведения о поглощении в исследуемом поле можно будет измерить параметры звездного населения в этой области, необходимые нам для определения природы рентгеновского излучения в этом поле.

 

Результаты опубликованы в

М. Ревнивцев, Р. Буренин, С. Сазонов, 'Межзвездное поглощение в направлении сверхглубокого галактического поля обсерватории ЧАНДРА по данным обзора 2MASS', Письма в астрономический журнал, принята к публикации, 2008

 

XTE J1901+014 - первый вероятный маломассивный рентгеновский транзиент

 

Было продолжено исследование быстрого рентгеновского транзиента XTE J1901+014, открытого в 2002 году обсерваторией RXTE, природа которого до сих пор не установлена. На основании наблюдений источника обсерваторией XMM-Newton в 2006 году были получены его энергетический спектр, кривые блеска и спектр мощности в диапазоне энергий 0.5-12 кэВ, которые хорошо согласуются с результатами, полученным нами ранее по данным других обсерваторий, что, в свою очередь, свидетельствует о стабильности излучения источника в спокойном состоянии. Наблюдения обсерватории XMM-Newton позволили также улучшить точность локализации источника до ~2 угл.сек., что в дальнейшем дало нам возможность провести поиск его оптического компаньона c помощью телескопов РТТ-150 и БТА (САО). Комбиниpуя данные оптических, pентгеновских и инфpакpасных наблюдений, мы пришли к выводу, что оптическим компаньоном в исследуемой системе может являться либо звезда поздних спектральных классов, расположенная на расстоянии нескольких кпс, либо сильно удаленный красный гигант или звезда класса A или F. Таким образом, XTE J1901+014, возможно, является первым маломассивным быстрым рентгеновским транзиентом.

 

Результаты опубликованы в

Карасев Д., Лутовинов А., Буренин Р. 'XTE J1901+014 - первый маломассивный рентгеновский транзиент?', Письма в астрономический журнал 34, 834-841 (2008)

 

Вспышка системы CI Жирафа

Представлены результаты расчета сферически симметричной модели взаимодействия вещества, выбрасываемого во время вспышки классической Новой, со звездным ветром оптического компаньона. Эта модель была использована для описания яркой рентгеновской вспышки (поток в максимуме составил ~2 Краба в диапазоне энергий 3-20 кэВ) системы CI Жирафа в 1998 году. Согласно модели источником излучения в стандартном рентгеновском диапазоне является звездный ветер оптического компаньона, нагретый сильной ударной волной, которая формируется при выбросе вещества с белого карлика в результате термоядерного взрыва на его поверхности. Сравнение рассчитанных и наблюдаемых зависимостей средней температуры излучения и светимости системы во время вспышки позволило получить очень важные характеристики взрыва. Нам удалось впервые измерить скорость вылетевшего вещества буквально сразу после начала взрыва: из модели следует, что вылетевшее вещество имело скорость ~2700 км/с уже на 0.1-0.5 дня после начала вспышки и под действием внешней силы, возможно, давления излучения с белого карлика, летело с такой скоростью первые 1-1.5 дня. После этого вещество, по-видимому, просветлилось и начало тормозиться. Зависимость средней температуры излучения на поздних этапах разлета позволило оценить массу вылетевшего вещества ~10-7-10-6 Msun. Получена оценка темпа звездного ветра, необходимого для объяснения наблюдаемой максимальной светимости системы во время вспышки dM/dt~(1-2)*10-6 Msun/год.

 

Результаты опубликованы в

Филиппова Е., Ревнивцев М., Лутовинов А., "Диагностика ранней стадии взрыва классической Новой при помощи ее рентгеновского излучения: модель рентгеновской вспышки CI Жирафа 1998 г." Письма в астрономический журнал, том 34, 12 (2008)