Открыта спектральная переменность гамма-блазара Mrk 421 в ТэВном диапазоне. Наблюдения проводились на 10-метровом телескопе обсерватории Whipple.

Этот источник сильно переменен (фактор 30). Спектр изучался в диапазоне от 380 ГэВ до 8.2 ТэВ. Спектры хорошо описываются степенным законом с экспоненциальным завалом. Положение завала не менялось, зато изменялся спектральный индекс от 1.89 до 2.72. Есть корреляция между изменениями спектра и светимости.

Ох уж эти космические лучи сверхвысоких энергий! Все хотят их регистрировать. При этом методики могут быть разными. Например, можно пытаться наблюдать радиоизлучение.

Идея в излучении, создаваемом электрон-позитронными парами, движущимися в земном магнитном поле.

Для таких наблюдений нужны новые инструменты. Таким будет телескоп LOFAR (Low-Frequency Array), работающий на 10-200 MHz. Уже существует прототип: LOPES. В отдаленном будущем появиться километровая решетка (Square-Kilometer-Array SKA). Это еще более мощный инструмент. LOFAR будет видеть ливни от космических лучей с энергией от 2*10^14 eV до ~10^20 eV.

Интересный обзор, начинающийся с самых азов. Гамма-излучение от соплений галактик пока не зарегистрировано. Однако, есть все основания полагать, что будущие космические и/или наземные телескопы смогут его открыть. Основания следуют из наблюдений в рентгеновском, УФ и радио диапазонах. Все эти данные говорят о наличие нетепловых частиц в скоплениях галактик.

В обзоре подробно обсуждается возможное происхождение нетепловых чатсиц, методы ускорения и т.п.

На прошлой неделе уже была статья, посвященная гамма-излучению от скоплений галактик. И вот еще одна.

В этой работе авторы ищут корреляции между данными EGRET и Абелевскими скоплениями. Результаты говорят о наличии таковых на уровне большем трех стандартных отклонений. Также авторы высказывают уверенность, что будущие миссии (GLAST) смогут впрямую регистрировать излучение от скоплений.

Обсуждаются наблюдательные ограничения (по наблюдениям диффузного гамма-излучения на приборе EGRET) на рождение частиц за счет гипотетических транс-Планковских эффектов на современной стадии эволюции Вселенной. В частности, показана невозможность обнаружения каких-либо эффектов при наблюдениях анизотропии реликтового излучения. Однако, пишут авторы, все-таки существует вероятность того, что часть из комических лучей сверхвысоких энергий генерируется в таких транс-Планковских процессах.

Среди наземных астрономических наблюдений особняком (и довольно красивым особняком) стоят исследования на т.н. Черенковских телескопах. Эти инструменты косвенно регистрируют гамма излучение в области порядка 0.1-1 TeV. Сейчас в разных точках земного шара работают (или совсем недавно работали) несколько таких инструментов: HEGRA, Whipple, CAT и др.

Одна из проблем в этой области наблюдательной астрономии это малое количество источников. Пульсар в Крабе, некоторые двойные системы и щепотка внегалактических источников. Среди последних наблюдаются в основном лацертиды (источники типа BL Lac), например Mkn 421, Mkn 501. Эти источники находятся на z порядка 0.03, т.е. сравнительно близко. Однако, среди источников спутника EGRET выделяют 66 лацертид. Было бы интересно увидеть их и с Земли (при этом диапазон тоже несколько другой: более жесткий). По всем этим причинам открытие каждого нового источника, или получение новой информации об уже известных - событие.

В обсуждаемой статье описываются результаты наблюдений объекта 1ES1426+428. О наблюдениях этого источника уже докладывали Whipple и HEGRA. Здесь же впервые дается оценка спектра объекта в диапазоне от 0.25 до 1 TeV. Читатель, который впервые сталкивается с данной тематикой, может получить хорошее представление о сложностях в этой области астрономии.

Нир Шавив (это Шавив-сын, в астрофизике очень известны и работы его отца) опубликовал любопытную работу (сам я слышал доклад два месяца назад в Эриче). Основная идея такова: космические лучи ускоряются (а может и инжектируются) в остатках сверхновых, остатки в основном находятся в спиральных рукавах Галактики, стало быть там выше поток космических лучей; Солнце периодически проходит через рукава, значит периодически мы попадаем в область повышенной плотности космических лучей; как показывают последние исследования (об этом были доклады на Европейской конференции в Москве в июне), космические лучи самым непосредственным образом влияют на погоду. Значит, заключает Нир, могут быть периодические колебания в климате Земли. Далее на разном материале он подтверждает свою точку зрения.

От себя замечу, что не все тут так просто: эффектов много, и выделить среди них один (космические лучи) не просто, а Нир рассматривает этот эффект в отсутствии остальных (например, прохождение плотных областе межзвездной среды).

Обсуждаются сверхмассивные черные дыры: как их сделать, чем их "кормить" и что при этом происходит.

Проект Оже - один из самых крупных наблюдательных проектов ближайшего будущего. Полагают, что он позволит качественно улучшить наблюдательную ситуацию в изучении космических лучей, в частности космических лучей сверхвысоких энергий.

Одна из особенностей проекта - возможность наблюдения событий с очень большими зенитными углами. В статье дается расчет эффективности Обсерватории при регистрации таких событий в зависимости от состава космических лучей (протоны, более тяжелые ядра, фотоны). Обсуждается возможность выделить собфтия, связанные с фотонами сверхвысоких энергий.

Автор показывает, что релятивистский ветер от молодых магнитаров (требуется поле больше 10¹⁴ Гаусс и период вращения порядка миллисекунды) может ускорять частицы до 10²¹ эВ. Получаемый спектр находится в грубом соответствии с наблюдаемым у космических лучей сверхвысоких энергий. Для меня осталось не очень понятным, как автор решает проблему отсутствия корреляций космических лучей сверхвысоких энергий с близкими галактиками.

Дается обзор недавних достижений в астрофизике космических лучей высоких энергий. Особое внимание уделяется высокоэнергичным нейтрино.

Ожидание любого крупного наблюдательного проекта сопровождается множеством статей на тему "что же мы увидим, и как это будет здорово!". Проект Оже (Auger) здесь не исключение.

В своей статье автор рассуждает о возможностях регистрации нейтрино сверхвысоких энергий (10¹⁸ эВ). Предсказывается, что в ближайшие 5 лет такие частицы будут зарегистрированы. p>

Ранее мы уже писали об этой работе. Тогда появились только материалы конференции, теперь же - полная журнальная статья. Напомним суть исследования. Известно, что космические лучи в принципе могут влиять на земной климат. Периодически Земля (вместе с Солнцем) пересекает спиральные рукава Галактики. Именно в рукавах в остатках сверхновых ускоряются космические лучи. Стало быть их поток на Земле будет повышенным. Это может привести к периодическим климатическим аномалиям. Автор находит свидетельства в пользу того, что такое действительно имело место в истории нашей планеты.

AGASA оправдывается. Группа пересчитала энергии частиц, и по-прежнему настаивает на своих результатах. Т.е. говорят, что все у них правильно, и они не видят GZK-завала. Будем ждать результатов Оже ...

Кроме того, что неизвестно откуда берутся космические лучи сверхвысоких энергий (и есть ли они вообще), мы не очень хорошо понимаем происхождение обычных космических лучей: неясно что инжектирует частицы, неясно как они ускоряются. Хотя с последним вопросом ситуация получше: вроде бы лучи учкоряются в остатках сверхновых. Вдобавок ко всему этому существует проблема распространения космических лучей в Галактике, особенно в связи с неизвестной (в необходимых мелких деталях) структурой межзвездной среды и магнитного поля. Вот этому-то вопросу и посвящена рассматриваемая статья.

Авторы задают фрактальную структуру среды и поля. Это помогает решить некторые проблемы, например проблему аномальной диффузии, которая необходима для создания гало космических лучей (в этой науке термин гало имеет значение отличное от принятого в звездной астрономии или космологии - масштабы другие).

Обзор по космическим лучам. Объять необъятное нельзя, а потому автор концентрируется на нескольких наиболее интересных для него вопросах, которые в первую очередь связаны с будущими наблюдениями.

Авторы утверждают, что есть косвенные основания говорить, что космические лучи с энергиями выше 10²⁰эВ рождаются в активных ядрах галактик. Данные о кореляциях плохие, и основной вывод в данной статье делается на анализе спектра космических лучей и его сравнении с модельными спектрами. Конечно, все понимают, что пока данных для окончательных выводов мало, и нам придется ждать результатов эксперимента Оже.

Описываются последние результаты и ближайшие перспективы в гамма-астрономии высоких энергий.

Природа космических лучей самых высоких энергий неизвестна. Так называемый "сценарий Z-вспышек" полагает, что существенная часть таких лучей образуется при распаде Z-бозонов, возникающих при столкновениях нейтрино ультравысоких энергий с реликтовыми космологическими нейтрино. В работе приведен обзор теоретических и возможных наблюдательных следствий данного сценария.

Если мы будем точно знать количество античастиц (позитронов, антипротонов, ядер антигелия) в космических лучах, то сможем ответить на целый ряд вопросов связанных с природой темного вещества и барионной асимметрией Вселенной. В статье рассмотрены результаты экспериментов второго поколения по поиску античастиц: MASS89, MASS91, TS93, CAPRICE94, CAPRICE98 и полученным в них ограничениям. Вторая половина статьи посвящена планируемому эксперименту PAMELLA и следствиям его ожидаемых результатов.

NGC 253 одна из ближайших к нам галактик с очень бурным звездообразованием (так называемой "вспышкой звездообразования"). Расстояние до этой спиральной галактики - примерно 2.5 Мпк. Близость и мощное звездообразование делали ее одним из кандидатов на поиск излучения сверхвысоких энергий. Такие наблюдения были проведены в 2000 и 2001 гг. на 10-м атмосферном черенковском телескопе CANGAROO-II. От галактики был зарегистрирован поток излучения на энергиях >0.6 ТэВ равный (7.8+/-2.5)x10^-12 см^-2 c^-1.

Большой обзор по космическим лучам, точнее по их ядерной составляющей. Обсуждается проблема антиматерии (антипротоны и т.д.) в космических лучах.

См. также две большие взаимосвязанные работы тех же авторов по галактическим космическим лучам astro-ph/0212112 и astro-ph/0212113.

Космические лучи сверхвысоких энергий являются сейчас одной из самых горячих тем в астрофизике (например, они активно обсуждались на прошедшем Техасском симпозиуме). Среди постеров был и очень интересный доклад об эксперименте KASCADE. Статья содержит краткое описание эксперимента, основной задачей которого является измерение т.н. "железного колена" на энергиях ~ 10^17 eV (о химическом составе космических лучей и имеющихся в этой области проблемах см. свежайший обзор "The Chemical Composition of Cosmic Rays" astro-ph/0212348 того же автора).

В этом коротком обзоре рассмотрен химический состав космических лучей в интервале энергий от 10¹⁵ до 10²⁰ эВ. Обсуждаются данные экспериментов BLANCA, DICE, Fly's Eye, HEGRA, HiRes и TUNKA. Похоже, что при приближении к верхней границе этого диапазона доля тяжелых ядер в космических лучах возрастает.

Данные по космическим лучам сверхвысоких энергий (в районе GZK-завала) возможно указывают на их "скучивание": наблюдаются триплеты и дуплеты, т.е. события, пришедшие (в пределах ошибок) с одного направления. Если это так, то это должно указывать на источники частиц. Авторы обсуждают лацертиды (источники типа BL Lacertae) как возможные источники космических лучей. См., однако, "The clustering of ultra-high energy cosmic rays and their sources" astro-ph/0212533, где авторы также детально рассматривают "скучивание" в результатах AGASA, но показывают, что пока нельзя говорить о том, что источниками достоверно являются лацертиды.

Статья очень похода на hep-ph/0212223, но авторы еще рассматривают распад тяжелых гипотетических частиц, как источники космических лучей сверхвысоких энергий.

Top-down это когда космические лучи сверхвысоких энергий объясняют не с помощью какого-то механизма ускорения (в активных ядрах галактик, при слияниях нейтронных звезд, при гамма-всплесках и т.п. - это как раз Bottom-up), а с помощью распада экзотических элементарных частиц. Авторы сравнивают два подхода и голосуют за Bottom-up.

История изучения космических лучей длится уже век, при этом некоторые очень важные вопросы не имеют ответов. Перспективы ближайшего десятилетия впечатляют. Кроме современных и планируемых экспериментов в обзоре рассматривается вклад в астрофизику космических лучей, который могут дать прямые измерения на ускорителе LHC в Церне.

Черенковские телескопы регистрируют как фотоны сверхвысоких энергий, так и заряженные частицы (адроны). Обычно их разделяют по форме получающегося изображения. Но это возможно только в телескопах строящих изображение. В статье предложен метод выделения адронных событий по флуктуациям Черенковского излучения. Эта статья может быть интересна не только астрономам.

Авторы предлагают новый метод ускорения космических лучей. Основная идея состоит в том, что частицы могут испытывать многократные переходы и заряженного состояния в нейтральное и обратно (например: протон<->нейтрон, электрон/позитрон<->фотон).

Данный метод позволяет ускорять частицы до 10²⁰ эВ и выше, если речь идет о гамма-всплесках и активных ядрах галактик. На меньшем масштабе метод работает в микроквазарах.

"Побочным эффектом" данного процесса является излучение электромагнитных волн и нейтрино. По мнению авторов именно это явление может быть ответственно за гамма-излучение космических всплесков (данный вопрос также рассматривается Б. Штерном).

Как многие знают, идут дебаты по поводу противоречия в данных двух экспериментов (AGASA и HiRes) по изучению спектра космических луч энергий. Суть спора сводится к вопросу о наличии "завала" в спектре, обусловленного взаимодействием частиц космических лучей с реликтовым излучением. Авторы статьи показывают, что спорить не о чем: статистическая значимость расхождения двух результатов очень мала. Все-таки надо ждать результатов проекта Оже!

Авторы показывают, что современный уровень данных не позволяет отбросить гипотезу об образовании космических лучей сверхвысоких энергий в источниках космических гамма-всплесков.

В обзоре (точнее это лекция - своя специфика) увязываются вместе космические лучи, сверхновые и гамма-всплески. Основой является сценарий взрыва сверхновой, предложенный более 30 лет назад Г.С. Бисноватым-Коганом - т.н. магниторотационный механизм. На мой взгляд, довольно интересное чтение: много физики (включая данные), но мало формул.

Описываются двух-сторонние кремниевые стрип-детекторы и проектируемый с их использованием научный спутник SMCT (Semiconductor Multiple-Compton Telescope), Который будет работать в диапазоне энергий 0.1-20 МэВ.

Считается, что основная доля галактических космических лучей ускоряется в остатках сверхновых. Однако, ускорителями также могут являться и оболочки (и сверхоболочки), образуемые ассоциациями молодых звезд. Относительно недалеко от нас располагается крупнейшая из известных в Галактике ассоциаций - Cyg OB2. Разумеется, это первый кандидат в "ускорители". Гамма-телескоп HEGRA сообщил об открытии Тэвного источника, совпадающего с этой группой молодых звезд. В статье описываются рентгеновские и радио наблюдения источника. Результаты наблюдений подтверждают гипотезу о связи источника гамма-излучения с массивными звездами (точнее с взаимодействием их ветров). В работе приводится очень хорошее введение, которые мы всем рекомендуем прочесть.

В физике космических лучей одной из загадок является природа т.н. "колена" - излома в спектре, открытого в 50-е гг. Куликовым и Христиансеном. Авторы данной статьи в свое время предложили интересную модель, где спектральная деталь связывается с присутствием "единственного источника" - близкого остатка сверхновой. В новой статье авторы продолжают развивать свою модель.

Космические лучи открыты сто лет назад, но проблема их ускорения до сих пор не решена. Может быть в этом помогут планируемые очень крупные проекты: детектор атмосферных ливней площадью 10000 км², массив черенковских телескопов и километровый детектор нейтрино. В обзоре рассмотерны следующие вопросы:

• частицы наивысших энергий и ГЗК завал;
• поиск "космический ускорителей" частиц;
• механизм ускорения "сверху-вниз";
• ТэВ-ные гамма-кванты от блазаров;
• взаимодействе ультраэнергичных фотонов с инфракрасным диффузным фотон и с молекулярными облакакми;
• километровая найтринная обсерватория.

Основная тема статьи - численное моделирование атмосферных ливней. Corsika - программа Монте-Карло моделирования ливня, а Herwin - высокоэнергичных событий (може Монте-Карло).

Описывается новая наземная гамма-обсерватория. Она состоит из семи 12-метровых телескопов. Первая часть проекта фактически построена (4 телескопа).

Небольшой обзор результатов последнего десятилетия по ТэВ'ным и ПэВ'ным нейтрино: методы регистрации, современное состояние и перспективы детекторов.

Хорошая полуобзорная статья по космическим лучам сверхвысоких энергий. По ней вполне можно составить впечатление о происходящем, хотя это всего 10 страниц в формате материалов конференции.

Если кто-то пропустил... Данные двух экспериментов по космическим лучам сверхвысоких энергий - AGASA и HiRes - не совпадают друг с другом. Команды успели обменяться резкими статьями, посвященными поиску проблем в эксперименте-сопернике и объяснению своей правоты. На самом деле расхождение не столь критично. По всей видимости просто мала статистика. Этому и посвящена статья.