Otkryta spektral'naya peremennost' gamma-blazara Mrk 421 v TeVnom diapazone. Nablyudeniya provodilis' na 10-metrovom teleskope observatorii Whipple.

Etot istochnik sil'no peremenen (faktor 30). Spektr izuchalsya v diapazone ot 380 GeV do 8.2 TeV. Spektry horosho opisyvayutsya stepennym zakonom s eksponencial'nym zavalom. Polozhenie zavala ne menyalos', zato izmenyalsya spektral'nyi indeks ot 1.89 do 2.72. Est' korrelyaciya mezhdu izmeneniyami spektra i svetimosti.

Oh uzh eti kosmicheskie luchi sverhvysokih energii! Vse hotyat ih registrirovat'. Pri etom metodiki mogut byt' raznymi. Naprimer, mozhno pytat'sya nablyudat' radioizluchenie.

Ideya v izluchenii, sozdavaemom elektron-pozitronnymi parami, dvizhushimisya v zemnom magnitnom pole.

Dlya takih nablyudenii nuzhny novye instrumenty. Takim budet teleskop LOFAR (Low-Frequency Array), rabotayushii na 10-200 MHz. Uzhe sushestvuet prototip: LOPES. V otdalennom budushem poyavit'sya kilometrovaya reshetka (Square-Kilometer-Array SKA). Eto eshe bolee moshnyi instrument. LOFAR budet videt' livni ot kosmicheskih luchei s energiei ot 2*10^14 eV do ~10^20 eV.

Interesnyi obzor, nachinayushiisya s samyh azov. Gamma-izluchenie ot soplenii galaktik poka ne zaregistrirovano. Odnako, est' vse osnovaniya polagat', chto budushie kosmicheskie i/ili nazemnye teleskopy smogut ego otkryt'. Osnovaniya sleduyut iz nablyudenii v rentgenovskom, UF i radio diapazonah. Vse eti dannye govoryat o nalichie neteplovyh chastic v skopleniyah galaktik.

V obzore podrobno obsuzhdaetsya vozmozhnoe proishozhdenie neteplovyh chatsic, metody uskoreniya i t.p.

Na proshloi nedele uzhe byla stat'ya, posvyashennaya gamma-izlucheniyu ot skoplenii galaktik. I vot eshe odna.

V etoi rabote avtory ishut korrelyacii mezhdu dannymi EGRET i Abelevskimi skopleniyami. Rezul'taty govoryat o nalichii takovyh na urovne bol'shem treh standartnyh otklonenii. Takzhe avtory vyskazyvayut uverennost', chto budushie missii (GLAST) smogut vpryamuyu registrirovat' izluchenie ot skoplenii.

Obsuzhdayutsya nablyudatel'nye ogranicheniya (po nablyudeniyam diffuznogo gamma-izlucheniya na pribore EGRET) na rozhdenie chastic za schet gipoteticheskih trans-Plankovskih effektov na sovremennoi stadii evolyucii Vselennoi. V chastnosti, pokazana nevozmozhnost' obnaruzheniya kakih-libo effektov pri nablyudeniyah anizotropii reliktovogo izlucheniya. Odnako, pishut avtory, vse-taki sushestvuet veroyatnost' togo, chto chast' iz komicheskih luchei sverhvysokih energii generiruetsya v takih trans-Plankovskih processah.

Sredi nazemnyh astronomicheskih nablyudenii osobnyakom (i dovol'no krasivym osobnyakom) stoyat issledovaniya na t.n. Cherenkovskih teleskopah. Eti instrumenty kosvenno registriruyut gamma izluchenie v oblasti poryadka 0.1-1 TeV. Seichas v raznyh tochkah zemnogo shara rabotayut (ili sovsem nedavno rabotali) neskol'ko takih instrumentov: HEGRA, Whipple, CAT i dr.

Odna iz problem v etoi oblasti nablyudatel'noi astronomii eto maloe kolichestvo istochnikov. Pul'sar v Krabe, nekotorye dvoinye sistemy i shepotka vnegalakticheskih istochnikov. Sredi poslednih nablyudayutsya v osnovnom lacertidy (istochniki tipa BL Lac), naprimer Mkn 421, Mkn 501. Eti istochniki nahodyatsya na z poryadka 0.03, t.e. sravnitel'no blizko. Odnako, sredi istochnikov sputnika EGRET vydelyayut 66 lacertid. Bylo by interesno uvidet' ih i s Zemli (pri etom diapazon tozhe neskol'ko drugoi: bolee zhestkii). Po vsem etim prichinam otkrytie kazhdogo novogo istochnika, ili poluchenie novoi informacii ob uzhe izvestnyh - sobytie.

V obsuzhdaemoi stat'e opisyvayutsya rezul'taty nablyudenii ob'ekta 1ES1426+428. O nablyudeniyah etogo istochnika uzhe dokladyvali Whipple i HEGRA. Zdes' zhe vpervye daetsya ocenka spektra ob'ekta v diapazone ot 0.25 do 1 TeV. Chitatel', kotoryi vpervye stalkivaetsya s dannoi tematikoi, mozhet poluchit' horoshee predstavlenie o slozhnostyah v etoi oblasti astronomii.

Nir Shaviv (eto Shaviv-syn, v astrofizike ochen' izvestny i raboty ego otca) opublikoval lyubopytnuyu rabotu (sam ya slyshal doklad dva mesyaca nazad v Eriche). Osnovnaya ideya takova: kosmicheskie luchi uskoryayutsya (a mozhet i inzhektiruyutsya) v ostatkah sverhnovyh, ostatki v osnovnom nahodyatsya v spiral'nyh rukavah Galaktiki, stalo byt' tam vyshe potok kosmicheskih luchei; Solnce periodicheski prohodit cherez rukava, znachit periodicheski my popadaem v oblast' povyshennoi plotnosti kosmicheskih luchei; kak pokazyvayut poslednie issledovaniya (ob etom byli doklady na Evropeiskoi konferencii v Moskve v iyune), kosmicheskie luchi samym neposredstvennym obrazom vliyayut na pogodu. Znachit, zaklyuchaet Nir, mogut byt' periodicheskie kolebaniya v klimate Zemli. Dalee na raznom materiale on podtverzhdaet svoyu tochku zreniya.

Ot sebya zamechu, chto ne vse tut tak prosto: effektov mnogo, i vydelit' sredi nih odin (kosmicheskie luchi) ne prosto, a Nir rassmatrivaet etot effekt v otsutstvii ostal'nyh (naprimer, prohozhdenie plotnyh oblaste mezhzvezdnoi sredy).

Obsuzhdayutsya sverhmassivnye chernye dyry: kak ih sdelat', chem ih "kormit'" i chto pri etom proishodit.

Proekt Ozhe - odin iz samyh krupnyh nablyudatel'nyh proektov blizhaishego budushego. Polagayut, chto on pozvolit kachestvenno uluchshit' nablyudatel'nuyu situaciyu v izuchenii kosmicheskih luchei, v chastnosti kosmicheskih luchei sverhvysokih energii.

Odna iz osobennostei proekta - vozmozhnost' nablyudeniya sobytii s ochen' bol'shimi zenitnymi uglami. V stat'e daetsya raschet effektivnosti Observatorii pri registracii takih sobytii v zavisimosti ot sostava kosmicheskih luchei (protony, bolee tyazhelye yadra, fotony). Obsuzhdaetsya vozmozhnost' vydelit' sobftiya, svyazannye s fotonami sverhvysokih energii.

Avtor pokazyvaet, chto relyativistskii veter ot molodyh magnitarov (trebuetsya pole bol'she 10¹⁴ Gauss i period vrasheniya poryadka millisekundy) mozhet uskoryat' chasticy do 10²¹ eV. Poluchaemyi spektr nahoditsya v grubom sootvetstvii s nablyudaemym u kosmicheskih luchei sverhvysokih energii. Dlya menya ostalos' ne ochen' ponyatnym, kak avtor reshaet problemu otsutstviya korrelyacii kosmicheskih luchei sverhvysokih energii s blizkimi galaktikami.

Daetsya obzor nedavnih dostizhenii v astrofizike kosmicheskih luchei vysokih energii. Osoboe vnimanie udelyaetsya vysokoenergichnym neitrino.

Ozhidanie lyubogo krupnogo nablyudatel'nogo proekta soprovozhdaetsya mnozhestvom statei na temu "chto zhe my uvidim, i kak eto budet zdorovo!". Proekt Ozhe (Auger) zdes' ne isklyuchenie.

V svoei stat'e avtor rassuzhdaet o vozmozhnostyah registracii neitrino sverhvysokih energii (10¹⁸ eV). Predskazyvaetsya, chto v blizhaishie 5 let takie chasticy budut zaregistrirovany. p>

Ranee my uzhe pisali ob etoi rabote. Togda poyavilis' tol'ko materialy konferencii, teper' zhe - polnaya zhurnal'naya stat'ya. Napomnim sut' issledovaniya. Izvestno, chto kosmicheskie luchi v principe mogut vliyat' na zemnoi klimat. Periodicheski Zemlya (vmeste s Solncem) peresekaet spiral'nye rukava Galaktiki. Imenno v rukavah v ostatkah sverhnovyh uskoryayutsya kosmicheskie luchi. Stalo byt' ih potok na Zemle budet povyshennym. Eto mozhet privesti k periodicheskim klimaticheskim anomaliyam. Avtor nahodit svidetel'stva v pol'zu togo, chto takoe deistvitel'no imelo mesto v istorii nashei planety.

AGASA opravdyvaetsya. Gruppa pereschitala energii chastic, i po-prezhnemu nastaivaet na svoih rezul'tatah. T.e. govoryat, chto vse u nih pravil'no, i oni ne vidyat GZK-zavala. Budem zhdat' rezul'tatov Ozhe ...

Krome togo, chto neizvestno otkuda berutsya kosmicheskie luchi sverhvysokih energii (i est' li oni voobshe), my ne ochen' horosho ponimaem proishozhdenie obychnyh kosmicheskih luchei: neyasno chto inzhektiruet chasticy, neyasno kak oni uskoryayutsya. Hotya s poslednim voprosom situaciya poluchshe: vrode by luchi uchkoryayutsya v ostatkah sverhnovyh. Vdobavok ko vsemu etomu sushestvuet problema rasprostraneniya kosmicheskih luchei v Galaktike, osobenno v svyazi s neizvestnoi (v neobhodimyh melkih detalyah) strukturoi mezhzvezdnoi sredy i magnitnogo polya. Vot etomu-to voprosu i posvyashena rassmatrivaemaya stat'ya.

Avtory zadayut fraktal'nuyu strukturu sredy i polya. Eto pomogaet reshit' nektorye problemy, naprimer problemu anomal'noi diffuzii, kotoraya neobhodima dlya sozdaniya galo kosmicheskih luchei (v etoi nauke termin galo imeet znachenie otlichnoe ot prinyatogo v zvezdnoi astronomii ili kosmologii - masshtaby drugie).

Obzor po kosmicheskim lucham. Ob'yat' neob'yatnoe nel'zya, a potomu avtor koncentriruetsya na neskol'kih naibolee interesnyh dlya nego voprosah, kotorye v pervuyu ochered' svyazany s budushimi nablyudeniyami.

Avtory utverzhdayut, chto est' kosvennye osnovaniya govorit', chto kosmicheskie luchi s energiyami vyshe 10²⁰eV rozhdayutsya v aktivnyh yadrah galaktik. Dannye o korelyaciyah plohie, i osnovnoi vyvod v dannoi stat'e delaetsya na analize spektra kosmicheskih luchei i ego sravnenii s model'nymi spektrami. Konechno, vse ponimayut, chto poka dannyh dlya okonchatel'nyh vyvodov malo, i nam pridetsya zhdat' rezul'tatov eksperimenta Ozhe.

Opisyvayutsya poslednie rezul'taty i blizhaishie perspektivy v gamma-astronomii vysokih energii.

Priroda kosmicheskih luchei samyh vysokih energii neizvestna. Tak nazyvaemyi "scenarii Z-vspyshek" polagaet, chto sushestvennaya chast' takih luchei obrazuetsya pri raspade Z-bozonov, voznikayushih pri stolknoveniyah neitrino ul'travysokih energii s reliktovymi kosmologicheskimi neitrino. V rabote priveden obzor teoreticheskih i vozmozhnyh nablyudatel'nyh sledstvii dannogo scenariya.

Esli my budem tochno znat' kolichestvo antichastic (pozitronov, antiprotonov, yader antigeliya) v kosmicheskih luchah, to smozhem otvetit' na celyi ryad voprosov svyazannyh s prirodoi temnogo veshestva i barionnoi asimmetriei Vselennoi. V stat'e rassmotreny rezul'taty eksperimentov vtorogo pokoleniya po poisku antichastic: MASS89, MASS91, TS93, CAPRICE94, CAPRICE98 i poluchennym v nih ogranicheniyam. Vtoraya polovina stat'i posvyashena planiruemomu eksperimentu PAMELLA i sledstviyam ego ozhidaemyh rezul'tatov.

NGC 253 odna iz blizhaishih k nam galaktik s ochen' burnym zvezdoobrazovaniem (tak nazyvaemoi "vspyshkoi zvezdoobrazovaniya"). Rasstoyanie do etoi spiral'noi galaktiki - primerno 2.5 Mpk. Blizost' i moshnoe zvezdoobrazovanie delali ee odnim iz kandidatov na poisk izlucheniya sverhvysokih energii. Takie nablyudeniya byli provedeny v 2000 i 2001 gg. na 10-m atmosfernom cherenkovskom teleskope CANGAROO-II. Ot galaktiki byl zaregistrirovan potok izlucheniya na energiyah >0.6 TeV ravnyi (7.8+/-2.5)x10^-12 sm^-2 c^-1.

Bol'shoi obzor po kosmicheskim lucham, tochnee po ih yadernoi sostavlyayushei. Obsuzhdaetsya problema antimaterii (antiprotony i t.d.) v kosmicheskih luchah.

Sm. takzhe dve bol'shie vzaimosvyazannye raboty teh zhe avtorov po galakticheskim kosmicheskim lucham astro-ph/0212112 i astro-ph/0212113.

Kosmicheskie luchi sverhvysokih energii yavlyayutsya seichas odnoi iz samyh goryachih tem v astrofizike (naprimer, oni aktivno obsuzhdalis' na proshedshem Tehasskom simpoziume). Sredi posterov byl i ochen' interesnyi doklad ob eksperimente KASCADE. Stat'ya soderzhit kratkoe opisanie eksperimenta, osnovnoi zadachei kotorogo yavlyaetsya izmerenie t.n. "zheleznogo kolena" na energiyah ~ 10^17 eV (o himicheskom sostave kosmicheskih luchei i imeyushihsya v etoi oblasti problemah sm. svezhaishii obzor "The Chemical Composition of Cosmic Rays" astro-ph/0212348 togo zhe avtora).

V etom korotkom obzore rassmotren himicheskii sostav kosmicheskih luchei v intervale energii ot 10¹⁵ do 10²⁰ eV. Obsuzhdayutsya dannye eksperimentov BLANCA, DICE, Fly's Eye, HEGRA, HiRes i TUNKA. Pohozhe, chto pri priblizhenii k verhnei granice etogo diapazona dolya tyazhelyh yader v kosmicheskih luchah vozrastaet.

Dannye po kosmicheskim lucham sverhvysokih energii (v raione GZK-zavala) vozmozhno ukazyvayut na ih "skuchivanie": nablyudayutsya triplety i duplety, t.e. sobytiya, prishedshie (v predelah oshibok) s odnogo napravleniya. Esli eto tak, to eto dolzhno ukazyvat' na istochniki chastic. Avtory obsuzhdayut lacertidy (istochniki tipa BL Lacertae) kak vozmozhnye istochniki kosmicheskih luchei. Sm., odnako, "The clustering of ultra-high energy cosmic rays and their sources" astro-ph/0212533, gde avtory takzhe detal'no rassmatrivayut "skuchivanie" v rezul'tatah AGASA, no pokazyvayut, chto poka nel'zya govorit' o tom, chto istochnikami dostoverno yavlyayutsya lacertidy.

Stat'ya ochen' pohoda na hep-ph/0212223, no avtory eshe rassmatrivayut raspad tyazhelyh gipoteticheskih chastic, kak istochniki kosmicheskih luchei sverhvysokih energii.

Top-down eto kogda kosmicheskie luchi sverhvysokih energii ob'yasnyayut ne s pomosh'yu kakogo-to mehanizma uskoreniya (v aktivnyh yadrah galaktik, pri sliyaniyah neitronnyh zvezd, pri gamma-vspleskah i t.p. - eto kak raz Bottom-up), a s pomosh'yu raspada ekzoticheskih elementarnyh chastic. Avtory sravnivayut dva podhoda i golosuyut za Bottom-up.

Istoriya izucheniya kosmicheskih luchei dlitsya uzhe vek, pri etom nekotorye ochen' vazhnye voprosy ne imeyut otvetov. Perspektivy blizhaishego desyatiletiya vpechatlyayut. Krome sovremennyh i planiruemyh eksperimentov v obzore rassmatrivaetsya vklad v astrofiziku kosmicheskih luchei, kotoryi mogut dat' pryamye izmereniya na uskoritele LHC v Cerne.

Cherenkovskie teleskopy registriruyut kak fotony sverhvysokih energii, tak i zaryazhennye chasticy (adrony). Obychno ih razdelyayut po forme poluchayushegosya izobrazheniya. No eto vozmozhno tol'ko v teleskopah stroyashih izobrazhenie. V stat'e predlozhen metod vydeleniya adronnyh sobytii po fluktuaciyam Cherenkovskogo izlucheniya. Eta stat'ya mozhet byt' interesna ne tol'ko astronomam.

Avtory predlagayut novyi metod uskoreniya kosmicheskih luchei. Osnovnaya ideya sostoit v tom, chto chasticy mogut ispytyvat' mnogokratnye perehody i zaryazhennogo sostoyaniya v neitral'noe i obratno (naprimer: proton<->neitron, elektron/pozitron<->foton).

Dannyi metod pozvolyaet uskoryat' chasticy do 10²⁰ eV i vyshe, esli rech' idet o gamma-vspleskah i aktivnyh yadrah galaktik. Na men'shem masshtabe metod rabotaet v mikrokvazarah.

"Pobochnym effektom" dannogo processa yavlyaetsya izluchenie elektromagnitnyh voln i neitrino. Po mneniyu avtorov imenno eto yavlenie mozhet byt' otvetstvenno za gamma-izluchenie kosmicheskih vspleskov (dannyi vopros takzhe rassmatrivaetsya B. Shternom).

Kak mnogie znayut, idut debaty po povodu protivorechiya v dannyh dvuh eksperimentov (AGASA i HiRes) po izucheniyu spektra kosmicheskih luch energii. Sut' spora svoditsya k voprosu o nalichii "zavala" v spektre, obuslovlennogo vzaimodeistviem chastic kosmicheskih luchei s reliktovym izlucheniem. Avtory stat'i pokazyvayut, chto sporit' ne o chem: statisticheskaya znachimost' rashozhdeniya dvuh rezul'tatov ochen' mala. Vse-taki nado zhdat' rezul'tatov proekta Ozhe!

Avtory pokazyvayut, chto sovremennyi uroven' dannyh ne pozvolyaet otbrosit' gipotezu ob obrazovanii kosmicheskih luchei sverhvysokih energii v istochnikah kosmicheskih gamma-vspleskov.

V obzore (tochnee eto lekciya - svoya specifika) uvyazyvayutsya vmeste kosmicheskie luchi, sverhnovye i gamma-vspleski. Osnovoi yavlyaetsya scenarii vzryva sverhnovoi, predlozhennyi bolee 30 let nazad G.S. Bisnovatym-Koganom - t.n. magnitorotacionnyi mehanizm. Na moi vzglyad, dovol'no interesnoe chtenie: mnogo fiziki (vklyuchaya dannye), no malo formul.

Opisyvayutsya dvuh-storonnie kremnievye strip-detektory i proektiruemyi s ih ispol'zovaniem nauchnyi sputnik SMCT (Semiconductor Multiple-Compton Telescope), Kotoryi budet rabotat' v diapazone energii 0.1-20 MeV.

Schitaetsya, chto osnovnaya dolya galakticheskih kosmicheskih luchei uskoryaetsya v ostatkah sverhnovyh. Odnako, uskoritelyami takzhe mogut yavlyat'sya i obolochki (i sverhobolochki), obrazuemye associaciyami molodyh zvezd. Otnositel'no nedaleko ot nas raspolagaetsya krupneishaya iz izvestnyh v Galaktike associacii - Cyg OB2. Razumeetsya, eto pervyi kandidat v "uskoriteli". Gamma-teleskop HEGRA soobshil ob otkrytii Tevnogo istochnika, sovpadayushego s etoi gruppoi molodyh zvezd. V stat'e opisyvayutsya rentgenovskie i radio nablyudeniya istochnika. Rezul'taty nablyudenii podtverzhdayut gipotezu o svyazi istochnika gamma-izlucheniya s massivnymi zvezdami (tochnee s vzaimodeistviem ih vetrov). V rabote privoditsya ochen' horoshee vvedenie, kotorye my vsem rekomenduem prochest'.

V fizike kosmicheskih luchei odnoi iz zagadok yavlyaetsya priroda t.n. "kolena" - izloma v spektre, otkrytogo v 50-e gg. Kulikovym i Hristiansenom. Avtory dannoi stat'i v svoe vremya predlozhili interesnuyu model', gde spektral'naya detal' svyazyvaetsya s prisutstviem "edinstvennogo istochnika" - blizkogo ostatka sverhnovoi. V novoi stat'e avtory prodolzhayut razvivat' svoyu model'.

Kosmicheskie luchi otkryty sto let nazad, no problema ih uskoreniya do sih por ne reshena. Mozhet byt' v etom pomogut planiruemye ochen' krupnye proekty: detektor atmosfernyh livnei ploshad'yu 10000 km², massiv cherenkovskih teleskopov i kilometrovyi detektor neitrino. V obzore rassmoterny sleduyushie voprosy:

• chasticy naivysshih energii i GZK zaval;
• poisk "kosmicheskii uskoritelei" chastic;
• mehanizm uskoreniya "sverhu-vniz";
• TeV-nye gamma-kvanty ot blazarov;
• vzaimodeistve ul'traenergichnyh fotonov s infrakrasnym diffuznym foton i s molekulyarnymi oblakakmi;
• kilometrovaya naitrinnaya observatoriya.

Osnovnaya tema stat'i - chislennoe modelirovanie atmosfernyh livnei. Corsika - programma Monte-Karlo modelirovaniya livnya, a Herwin - vysokoenergichnyh sobytii (mozhe Monte-Karlo).

Opisyvaetsya novaya nazemnaya gamma-observatoriya. Ona sostoit iz semi 12-metrovyh teleskopov. Pervaya chast' proekta fakticheski postroena (4 teleskopa).

Nebol'shoi obzor rezul'tatov poslednego desyatiletiya po TeV'nym i PeV'nym neitrino: metody registracii, sovremennoe sostoyanie i perspektivy detektorov.

Horoshaya poluobzornaya stat'ya po kosmicheskim lucham sverhvysokih energii. Po nei vpolne mozhno sostavit' vpechatlenie o proishodyashem, hotya eto vsego 10 stranic v formate materialov konferencii.

Esli kto-to propustil... Dannye dvuh eksperimentov po kosmicheskim lucham sverhvysokih energii - AGASA i HiRes - ne sovpadayut drug s drugom. Komandy uspeli obmenyat'sya rezkimi stat'yami, posvyashennymi poisku problem v eksperimente-sopernike i ob'yasneniyu svoei pravoty. Na samom dele rashozhdenie ne stol' kritichno. Po vsei vidimosti prosto mala statistika. Etomu i posvyashena stat'ya.