Исследование коротких транзиентных событий в гамма-диапазоне по результатам космических лабораторий INTEGRAL, Swift и Fermi тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М. В. ЛОМОНОСОВА

На правах рукописи

УДК 520.8; 524.3; 52-732

Мииасв Павел Юрьевич

Исследование коротких транзиентных событий в гамма-диапазоне по результатам космических лабораторий INTEGRAL, Swift и Fermi.

01.03.02 - Астрофизика и звездная астрономия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой стснсни

4 Z014

кандидата физико-матсматичсских наук

Москва - 2014

005556458

005556458

Работа выполнена в отделе Наблюдательной и теоретической астрономии и

радиоинтерфсромстрии Института космических исследований РАН. Научный руководитель:

кандидат физико-математических паук, зав. сектором быстронсрсмспных космических источников Института космических исследований РАН Позаненко Алексей Степанович Официальные оппоненты:

• доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН Чечеткин Валерий Михайлович

• доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института ядерных исследований РАН (Троицк) и Астрокосмического центра ФИАН Штерн Борис Евгеньевич

Ведущая организация: Физико-технический институт имени А.Ф. Иоффе РАН (г. Санкт-Петербург)

Защита состоится 22 января 2015 года в 14м часов на заседании диссертационного совета Д501.001.86 в Государственном астрономическом институте имени П.К. Штернберга МГУ, расположенном по адресу: 119992, г. Москва, Университетский пр-т, д. 13.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (119991, г. Москва, Ломоносовский пр-т., д. 27, Фундаментальная библиотека) и на сайте: http://sai.msu.ru/dissovet/2015.html. Автореферат разослан 21 ноября 2014 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физ.-мат. паук

Общая характеристика работы

Актуальность

Актуальной задачей современной астрофизики является исследование коротких трапзиентпых событий в гамма-диаиазопс. Космические гамма-всплсс-ки - одни из самых интересных представителей этого класса явлений, прежде всего, потому, что являются наиболее мощными явлениями во Вселенной |1]. Несмотря на то, что с момента их открытия прошло более 50 лет |2], их природа до конца не выяснена. Предложено много теоретических моделей гамма-всплесков, однако пи одна из них не учитывает все наблюдаемые особенности этих явлений. Длительное время считалось, что распределение гамма-всплесков по длительности бимодально [3|, и, как следствие, существует два типа гамма-всплесков - длинные [4, 5] и короткие [1, 6|. В последнее время эта классификации подвергается пересмотру, поскольку недавно были обнаружены так называемые короткие гамма-всплески с продленным излучением, которые по многим феноменологических признакам напоминают короткие, по при этом имеют длительности, характерные для длинных гамма-всплесков \7, 8|. Таким образом, феноменологическое исследование и построение элементов модели гамма-всплесков различной природы является актуальной задачей современной астрофизики.

Цель диссертационной работы

Диссертация посвящена исследованию космических гамма-всплесков в гамма-диапазоне. В работе использовались данные космических обсерваторий INTEGRAL, Swift, Fermi. В рамках поставленной цели решены следующие задачи:

1. Составлен каталог коротких гамма-всплссков эксперимента SPI-ACS/INTEGRAL. Проведен поиск продленного излучения коротких всплесков из каталога и сделана оценка доли коротких гамма-всплссков в эксперименте SPI-ACS/INTEGRAL. Проведено сравнение с экспериментами IBIS/ISGRI/INTEGRAL, BAT/Swift, GBM/Fcrmi, RHESSI, BATSE, и другими.

2. Проведен поиск, классификация и исследование коротких гамма-событий в данных эксперимента SPI/INTEGRAL. Составлен каталог космических гамма-всплесков, а также вспышек источников повторного мягкого гамма-излучения и аномальных рентгеновских пульсаров по данным экспериментов SPI, SPI-ACS, IBIS/ISGR.I. Проведены классификация событий и исследование гамма-всплссков из этого каталога.

3. Исследована спектральная эволюция гамма-всплссков. Разработан метод исследования и проведена интерпретация результатов, полученных с помощыо данного метода.

4. Проведены комплексные исследования индивидуальных, наиболее интересных гамма-всплссков по данным различных экспериментов.

Научная новизна

• В настоящей работе впервые составлен каталог коротких гамма-всплссков эксперимента SPI-ACS/INTEGRAL, подтвержденных другими космическими экспериментами, зарегистрированных за период 2002-08 гг.

• Впервые проведен поиск продленного излучения у коротких гамма-всплссков эксперимента SPI-ACS/INTEGRAL.

Впервые обнаружено продленное излучение коротких гамма-вснлссков эксперимента SPI-ACS/INTEGRAL как в кривых блеска индивидуальных событий, так и в суммарной кривой блеска всех событий.

Впервые проанализированы данные эксперимента SPI/INTEGRAL с целью поиска и исследования коротких траизиентпых событий па временной шкале 0.001 - 100 с.

Впервые проведена классификация и интерпретация коротких траизиентпых событий, зарегистрированных в эксперименте SPI/INTEGRAL.

Впервые составлен каталог коротких гамма-трапзиеитов (гамма-всплесков, вспышек источников SGR 1806-20 и АХР 1Е_1547.0-5408) в экспо-римеите SPI/INTEGRAL.

Усовершенствован метод анализа спектральной эволюции гамма-всплесков, позволяющий количественно исследовать спектральную эволюцию.

Впервые показано, что для всех гамма-всплесков (в том числе и коротких), зарегистрированных в эксперименте SPI/INTEGRAL и состоящих из одного импульса, и для отдельных импульсов гамма-всплесков зависимость спектрально-временной задержки от энергии описывается логарифмической функцией lag ~ Л Iog(£7), причем параметр А во всех случаях положителен. Это означает отсутствие отрицательной задержки отдельных импульсов гамма-всплесков.

, Впервые показано, что эволюция энергетического спектра гамма-всплесков от мягкого излучения к жесткому, а также отрицательное значение спектрально-временной задержки, .могут быть следствием эффекта „суперпозиции", который возникает при анализе гамма-всплесков, состоящих из нескольких, перекрывающихся между собой, импульсов.

Практическая значимость

• Составленный каталог коротких гамма-всплесков и кандидатов в короткие гамма-всплески эксперимента SPI-ACS/INTEGRAL будет использован для поиска и подтверждения кандидатов при анализе данных GBM/Fcnni и RHESSI.

• Разработанная методика поиска и классификации событий в данных эксперимента SPI/INTEGRAL может быть применена к исследованию данных других гамма-экспсримсптов, в частности, к данным эксперимента RHESSI, детекторы которого аналогичны детекторам гамма-спек-тромстра SPI, а также для дальнейшего анализа поступающих с обсерватории INTEGR AL данных.

• Составленный каталог гамма-всплесков эксперимента SPI/INTEGRAL расширяет число исследованных событий, зарегистрированных обсерваторией INTEGR AL, в части количества, локализации и исследования спектров в диапазоне энергий 20 кэВ - 8 МэВ.

• Составленный каталог вспышек источников АХР 1Е_ 1547.0-5408 и SGR, 1806-20 эксперимента SPI INTEGR AL может быть использован для статистического анализа венышечной активности источников.

• Разработанный метод анализа спектральной эволюции гамма-всплесков может быть применен для анализа данных любых траизиептных событий, зарегистрированных гамма- и рентгеновскими телескопами, обладающими высокими временным и энергетическим разрешениями.

• Полученные результаты исследования спектральной эволюции гамма-всплесков будут использованы для проверки теоретических моделей спектральной эволюции гамма-всплесков (например, |9|).

Положения, выносимые на защиту

1. Обнаружение продленного излучения коротких гамма-всплесков эксперимента SPI-ACS/INTEGRAL в нескольких индивидуальных кривых блеска и в суммарной кривой.

2. Метод поиска и классификации событий в данных эксперимента SPI/IN-TEGRAL.

3. Каталог событий, связанных с космическими гамма-всплесками, вспышками источников SGR 1806-20 и АХР 1Е_ 1547.0-5408, зарегистрированных в эксперименте SPI INTEGRAL и подтвержденных другими экспериментами.

4. Каталог коротких гамма-всплесков, зарегистрированных в эксперименте SPI-ACS/INTEGRAL, подтвержденных другими экспериментами.

5. Метод анализа спектральной эволюции гамма-всплесков, основанный на кросс-корреляционном анализе кривых блеска в узких энергетических каналах.

6. Результаты исследования спектральной эволюции гамма-всплесков в эксперименте SPI INTEGRAL, показавшие, что для всплесков с простой временной структурой и для отдельных импульсов миогоимпульс-пых событий зависимость спектрально-временной задержки от энергии оиисывастся логарифмической функцией lag ~ A\og(E), причем параметр А всегда имеет положительное значение.

7. Эволюция энергетического спектра гамма-всплесков от мягкого излучения к жесткому может быть следствием эффекта „суперпозиции", который возникает при анализе гамма-всплесков со сложной спектральпо-времешюй структурой.

Основные публикации по теме диссертации

Статьи в рецензируемых изданиях:

1. Минаев П. Ю., Позаненко А. С., Лозпиков В. М. Письма в Астрономический журнал, 36, 744 (2010); Продленное излучение коротких гамма-всплесков, зарегистрированных с помощью SPI-ACS INTEGRAL;

2. Минаев П. Ю., Позаненко А. С., Лозпиков В. М. Астрофизический Бюллетень, 65, 343 (2010); Короткие гамма-всплески в эксперименте SPI-ACS INTEGRAL-,

3. Минаев П. Ю., Гребсисв С. А., Позаненко А. С., Мольков С. В., Фредерике Д. Д., Голсиецкий С. В. Письма в Астрономический журнал, 38, 687 (2012); GR.D 070912 - необычный гамма-всплеск, зарегистрированный из направления па Галактический центр

4. Минаев П. Ю., Позаненко А. С., Гребсисв С. А., Мольков С. В. Письма в Астрономический журнал, 40, 271 (2014): Каталог коротких гамма-трапзиептов, зарегистрированных в эксперименте SPI INTEGRAL;

5. Volnova A. A., Pozanenko A. S., Gorosabcl J., Pcrley D. A., Frcderiks D. D., Kann D. A., R.umyantscv V. V., Biryukov V. V., Burkhonov O., Castro-Tirado A. J., Fcrrcro P., Golenctskii S. V., Klose S., Loznikov V. M., Minaev P. Yu., Steckluin В., Svinkin D. S., Tsvctkova A. E., de Ugarte Postigo A., Ulanov M. V. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 442, 2586 (2014); GRB 051008: A long, spectrally-hard dust-obscured GR.B in a Lyman-Break Galaxy at z » 2.8;

В сборниках трудов конференций, препринтах и циркулярах:

1. Minacv P., Pozancnko A., Grcbcncv S., Molkov S., Proceedings of „An INTEGRAL view of the high-energy sky (the first 10 years)" - 9th INTEGRAL Workshop and cclcbration of the 10th anniversary of the launch (INTEGRAL 2012) id.127, Investigation of the spectral lag - energy relation of GRDs registered by INTEGRAL

2. Minacv P. Yu., Pozancnko A. S, Grcbcncv S. A., Molkov S. V. EAS Publications Series, 61, 75 (2013); Gamma-ray bursts: the dependence of the spectral lag on the energy;

3. Volnova A., Pozancnko A., Gorosabcl J., Perlcy D, Kann D. A., Frcderiks D„ Rumyantscv V., Castro-Tirado A. J., Minacv P. EAS Publications Series, 61, 275 (2013); A case study of dark GRB 051008-,

4. Minacv P. Yu., arXiv: 1304.0348, Investigation of the spectral lag - energy relation of GRDs registered by INTEGRAL;

5. Pozancnko A., Minacv P., Volnova A., GRB Coordinates Network, Circular Service, 14484,1 (2013), GRB 130427A: SPI-ACS/INTEGRAL observations.

Апробация работы

Основные результаты диссертации докладывались на конференциях:

1. Конференция молодых ученых „Фундаментальные и прикладные космические исследования" (Москва, Россия), устный доклад: „Продленное излучение коротких гамма-всплесков, зарегистрированных в ACS-SPI INTEGRAL", апрель 2008

2. Конференция „Physics of Neutron Stars - 2008" (Санкт-Петербург, Россия), постер: „Searching for signature of extended emission in short GRBs registered by SPI-ACS of INTEGRAL observatory", июнь 2008

9

3. Конференция „Астрофизика высоких энергий сегодня и завтра" (Москва, Россия), постер: „Продленное излучение коротких гамма-всплесков, зарегистрированных в SPI-ACS INTEGRAL", декабрь 2008

4. Конференция молодых ученых „Фундаментальные и прикладные космические исследования" (Москва, Россия), устный доклад: „Сверхкороткие космические гамма-всплески в эксперименте SPI- ACS INTEGRAL", апрель 2009

5. Конференция „Astrophysics and Cosmology after Gamow: rcccnt progress and new horizons" (Одесса, Украина), постер: „Extended emission in short gamma-ray bursts registered by SPI-ACS of INTEGRAL observatory", август 2009

6. Конференция „Many faccs of GRB phenomena - optics vs high energy" (Нижний Архыз, Россия), устный доклад: „Extended emission in short gamma-ray bursts registered by SPI-ACS of INTEGRAL observatory", октябрь

2009

7. Конференция „Астрофизика высоких энергий сегодня и завтра" (Москва, Россия), постср: „Продленное излучение коротких гамма-всплесков, зарегистрированных с помощью SPI-ACS INTEGRAL", декабрь 2009

8. „31-ая Всероссийская конференция по космическим лучам" (Москва, Россия), устный доклад: „Короткие гамма-всплески, их продленное излучение и оценки для испаряющихся первичных черных дыр", июль

2010

9. Конференция „Астрофизика высоких энергий сегодня и завтра" (Москва, Россия), постер: „Поиск транзиентных гамма-событий, зарегистрированных телескопом SPI обсерватории INTEGRAL", декабрь 2010

10. Конференция молодых ученых „Фундаментальные и прикладные космические исследования" (Москва, Россия), устный доклад: „Поиск тран-зиентных гамма-событий, зарегистрированных телескопом SPI обсерватории INTEGRAL", апрель 2011

11. „14-ая Российская гравитационная конференция - Международная конференция но гравитации, космологии и астрофизике" (Ульяновск, Россия), устный доклад: „Короткие гамма-всплески, их продленное излучение и оценки для испаряющихся первичных черных дыр", июнь 2011

12. Конференция „Астрофизика высоких энергий сегодня и завтра" (Москва, Россия), постер: „Исследование спектральной эволюции гамма-всплесков с помощью спектрально-временной диаграммы", декабрь 2011

13. Конференция молодых ученых „Фундаментальные и прикладные космические исследования" (Москва, Россия), устный доклад: „Особенности спектральной эволюции гамма-всплесков в гамма-диапазоне", апрель 2012

14. „IV Пулковская молодежная астрономическая конференция - 2012" (Санкт-

Петербург, Россия), устный доклад: „Гамма-всплески: наблюдаемые свойства и модели источников. Спектральная эволюция гамма-всплесков сентябрь 2012

15. Конференция „Х-ray sky: from stars and black holes to cosmology. Scicnce with cROSITA and ART-XC aboard Spcctrum-RG" (Казань, Россия), постер: „Gamma-ray bursts: the dependence of the spectral lag on the energy",

сентябрь 2012

16. Конференция „Fall 2012 Gamma-Ray Burst Symposium" (Малага, Испания), постер: „Gamma-ray bursts: the dependence of the spectral lag on

11

the energy", октябрь 2012

17. Конференция „An INTEGRAL view of the high-energy sky (the first 10 years) 9th INTEGRAL Workshop" (Париж, Франция), постер: „Investigation of the spectral lag - energy relation of GRDs registered by INTEGRAL", октябрь 2012

18. Конференция „Астрофизика высоких энергий сегодня и завтра" (Москва, Россия), постер: „Спектральная эволюция гамма-всплесков в гамма-диапазоне", декабрь 2012

19. Конференция „Galaxies meet GRBs at Cabo de Gata" (JIac Неграс, Испания), устный доклад: „То the dichotomy of short gamma-ray bursts", сентябрь 2013

20. Конференция „Gamma-Ray Bursts: New Missions to New Science" (Москва, Россия), устный доклад: „GRD spectral evolution: from complex profile to basic structure" октябрь 2013

21. Конференция „Supcrnovae and Gainina-Ray Bursts 2013" (Киото, Япония), устный доклад: „GR.D spectral evolution: from complex profile to basic structure", ноябрь 2013

22. Конференция „Астрофизика высоких энергий сегодня и завтра" (Москва, Россия), устный доклад: „Декомпозиция сложных кривых блеска и спектральная эволюция гамма-всплесков", декабрь 2013

23. Конференция молодых ученых „Фундаментальные и прикладные космические исследования" (Москва, Россия), устный доклад: „Каталог транзиентиых гамма-событий, зарегистрированных в эксперименте SPI INTEGRAL", апрель 2014

24. Конференция „Gamma-Ray Bursts in the Multi-messenger Era" (Париж, Франция), постер: „Spectral evolution and pulse decomposition of Gamma-ray Durst light curves", июнь 2014

Личный вклад

Соискатель совместно с научным руководителем А. С. Позапенко разработал методику поиска и классификации коротких событий в эксперименте SPI INTEGR AL, методику анализа спектральной эволюции гамма-всплесков, методику поиска продленного излучения коротких гамма-всплесков в эксперименте SPI-ACS/INTEGRAL. Соискателем самостоятельно был разработай пакет программ и выполнен анализ всех используемых в работе данных экспериментов SPI, SPI-ACS/INTEGRAL. Спектральный анализ данных эксперимента SPI выполнен с помощью программ XSPEC[10], Анализ данных экспериментов IBIS/ISGRI и JEM-X проводился совместно с С. А. Гребеисвым (ИКИ РАН) и С. В. Мольковым (ИКИ РАН). Обсуждение, интерпретация полученных результатов - в равных долях с А. С. Позапенко. Написание текстов публикаций - совместно с А. С. Позаиспко, за исключением статьи „GRВ 070912 - необычный гамма-всплеск, зарегистрированный из направления на Галактический центр", написанной совместно с С. А. Грсбсневым и А. С. Позаиспко, а также статьи „GRВ 051008: A long, spectrally-hard dust-obscured GRB in a Lyman-Break Galaxy at z rí 2.8", написанной совместно с А. А. Воль-новой (ИКИ РАН) и А. С. Позапенко.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и библиографии. Общий объем диссертации 211 страниц, включая 57 рисунков, 17 таблиц.

Библиография включает 225 наименования на 26 страницах.

Во введении приведен обзор литературы но рассматриваемой проблеме, обсуждается актуальность работы, цели и задачи исследования, научная новизна, научная и практическая ценность полученных результатов. Также сформулированы основные результаты и положения, выносимые на защиту, и приведен список работ, в которых опубликованы основные результаты дис-

ссртации.

Глава 1 посвящена исследованию коротких гамма-всплесков в эксперименте 8Р1-АС8/1МТЕС11АЬ. В начале главы приводится описание феноменологической проблемы классификации гамма-всплесков, основанной па их длительности. Описан феномен продленного излучения, наблюдающегося у части коротких гамма-всплесков, который существенно осложняет их классификацию. Природа продленного излучения не выяснена, поэтому исследование коротких гамма-всплесков и продленного излучения является актуальной задачей исследований, которому посвящена остальная часть главы.

Составлен каталог подтвержденных другими космическими обсерваториями коротких гамма-всплесков (далее в тексте - „подтвержденные гамма-всплески"), зарегистрированных в эксперименте 8Р1-АСЗ/1ХТЕСКАЬ за период 2002-08ГГ. Приведено описание эксперимента ЗР1-АСЗ/ШТЕСЕАЬ. Помимо подтвержденных гамма-всплесков исследовались события, вероятно связанные с космическими гамма-всплесками (далее - „кандидаты в гамма-всплески") из работы |11| и события, вероятно связанные с взаимодействием детекторов с заряженными частицами. У нескольких коротких всплесков (С11В031214 и И1В060221) обнаружено значимое продленное излучение. Продленное излучение также обнаружено в суммарных кривых блеска групп подтвержденных всплесков и кандидатов в гамма-всилсски, что может свидетельствовать о том, что продленное излучение является общим свойством всех коротких гамма-всплесков, и что часть кандидатов в гамма-всплески - реальные гамма-

14

всплески. В суммарной кривой блеска контрольной группы событий, связанных с взаимодействием детекторов с заряженными частицами, продленное излучение не обнаружено. Таким образом, доля коротких гамма-всплесков, зарегистрированных с помощью SPI-ACS/INTEGRAL, значительно больше, чем считалось до сих нор, и может составлять от 30 до 45% всех гамма-всплесков, зарегистрированных в этом эксперименте.

В данной главе также проведено исследование распределений гамма-всплесков по длительности в экспериментах SPI-ACS/INTEGR AL, Swift, BATSE, и других. Как и следовало ожидать, доля коротких, более жестких гамма-всплесков растет с увеличением нижнего энергетического порога срабатывания детекторов.

При исследовании распределения длительностей и продленного излучения коротких гамма-всплесков SPI-ACS/INTEGRAL не получено убедительных свидетельств в пользу существования отдельного класса сверхкоротких гам ма- вс п л се ко в.

Глава 2 посвящена поиску и исследованию гамма-всплесков, а также других траизиеитных гамма-событий, в данных эксперимента SPI/INTEGRAL. В 1-ой главе было показано, что доля коротких гамма-всплесков в эксперименте SPI-ACS/INTEGR AL может составлять до 45% от всех гамма-всплесков в этом эксперименте. В то же время доля коротких гамма-всплесков в эксперименте IBIS/ISGRI, также размещенном па обсерватории INTEGRAL, составляет всего 10%. Иными словами, в эксперименте SPI-ACS наблюдается избыток, а в эксперименте IBIS/ISGR.I - недостаток коротких гамма-всплесков. На обсерватории INTEGRAL размещен еще один гамма-телескоп - спектрометр SPI. Система автоматического отбора событий IBAS используется только для анализа данных инструментов IBIS/ISGRI и SPI-ACS. Поэтому в данных эксперимента SPI/INTEGRAL могут присутствовать неидептифици-ронаипые гамма-события. Спектрометр SPI более чувствителен к жесткому

15

гамма-излучению (но сравнению с IBIS/ISGRI), которое наблюдается от коротких гамма-всплесков. Таким образом, основная цель данной главы - поиск коротких гамма-всплесков в данных эксперимента SPI/INTEGRAL. Помимо коротких гамма-всплесков, в работе также проводился поиск других коротких транзиситпых явлений, таких, как длинные гамма-всплески, источники мягкого повторного гамма-излучения, аномальные рентгеновские пульсары.

В данной главе приведено краткое описание обсерватории INTEGRAL и размещенных на пей экспериментов SPI, SPI-ACS, IBIS/ISGRI. В главе описан разработанный метод поиска событий в архивных данных эксперимента SPI/INTEGRAL на масштабах времени 0.001 - 10 сек с различными порогами значимости. Данный метод применен к данным эксперимента SPI, охватывающих период с 12 июля 2003 года по 23 января 2010 года (91-888

витки обсерватории).

На основе наблюдательных свойств обнаруженных алгоритмом событий (длительность, жесткость спектра, распределение отсчетов но детекторам, и др.) построена классификация событий. Обнаружено три типа взаимодействий детекторов с заряженными частицами, связанных, предположительно, с высокоэнсргичпыми протонами, цучками электронов магнитосферы Земли, а также с высокоэпсргичными частицами Галактических космических лучей. Составлен каталог, состоящий из 48, 223 и 23 событий, связанных с космическими гамма-всплесками, вспышками источников SGR 1806-20 и АХР 1Е 1547.0-5408, соответственно, зарегистрированных в эксперименте SPI/INTEGR AL и подтвержденных другими экспериментами.

В Главе 3 проведено исследование спектральной эволюции 28 ярких гамма-всплесков по данным экспериментов SPI и IBIS/ISGRI. Помимо длительности и жесткости спектра в исследованиях гамма-всплесков применяется параметр, характеризующий эволюцию спектра - спектрально-временная задержка (лаг). Лаг представляет собой смещение но времени профилей

16

кривых блеска в различных энергетических каналах и считается положительным, если временной профиль в более мягких энергетических каналах „запаздывает" относительно профиля в жестких каналах. Предложено несколько теоретических моделей спектральной эволюции гамма-всплесков, однако ввиду сильного различия се харакера для отдельных гамма-всплесков, ни одна из иих не может удовлетворительно описать наблюдательные данные любого гамма-всплеска. Главная цель главы - провести детальное исследование спектральной эволюции гамма-всплесков и объяснить различные наблюдательные особенности этого явления.

Впервые предложен метод анализа спектральной эволюции гамма-всплсс-ков, основанный на кросс-корреляционном анализе кривых блеска в большом числе узких энергетических каналов, который позволяет исследовать спектральную эволюцию количественно. Показано, что для всплесков с простой временной структурой и для отдельных импульсов мпогоимпульспых событий зависимость спектрально-временной задержки от энергии описывается логарифмической функцией lag ~ Alog(E), причем параметр А (индекс задержки) всегда имеет положительное значение.

Обнаружена корреляция между индексом задержки и длительностью импульса, причем зависимость одинакова для исследованных коротких и длинных гамма-всплесков, что, по-видимому, может свидетельствовать о едином механизме излучения. Однако для подтверждения последнего предположения требуется исследование большего числа коротких всплесков.

Описана предложенная нами модель, объясняющая эволюцию энергетического спектра гамма-всплесков от мягкого к жесткому эффектом „нагромождения" - наложения отдельных импульсов, составляющих гамма-всплеск, друг па друга.

Проведенные исследования спектральной эволюции гамма-всплесков позволяют значительно упростить существующую неоднозначность в характере

спектральной эволюции, проявляющуюся при исследовании гамма-вснлссков со сложной структурой кривой блеска, и тем самым позволяют сделать ограничения на модели спектральной эволюции. Показано, что спектральная эволюция отдельных импульсов гамма-всплесков, в том числе и коротких, посит универсальный характер.

Глава 4 посвящена исследованию двух гамма-вснлссков: GRB070912 и GRB051008.

Гамма-всплеск GRB070912 был обнаружен в данных эксперимента SPI/IN-TEGRAL, и также зарегистрирован в поле зрения телескопов IBIS/ISGR.I и JEM-X. GRB070912 - один из немногих гамма-всплесков, для которых удалось получить широкополосный (3 кэВ - 8 МэВ) спектр рентгеновского и гамма-излучения во время его активной фазы и проследить сисктральиую эволюцию. В первые секунды после начала всплеска его спектр имел степенной вид с фотонным индексом 0.8, по отличался заметным дефицитом фотонов на энергиях ниже 20 кэВ. Спектральная эволюция этого всплеска подчиняется закону lag ~ A\og{E) в широком диапазоне энергий (3 кэВ - 8 МэВ). Спектр на затухающей стадии хорошо описывался чернотельным законом, что позволяет оцепить максимальное расстояние (красное смещение) до источника всплеска.

Гамма-всплеск GRB051008 обнаружен в данных эксперимента BAT/Swift и зарегистрирован также в экспериментах XRT/Swift, KONUS/WIND, SPI-ACS/INTEGR AL в рентгеновском и гамма-диапазоне. Всплеск не имел ни оптического, ни радио послесвечения - оптический компонент не был обнаружен вплоть до 23.3 зв. вол. через полчаса после начала всплеска, что позволило отнести этот гамма-всплеск к классу оптически темных гамма-вснлссков. В главе описаны исследования этого гамма-всплеска в гамма- и рентгеновском диапазонах. В данных эксперимента SPI-ACS/INTEGR AL обнаружено продленное излучение длительностью 800 сек. С помощью данных эксперимента

KONUS/WIND сделан пересчет данных эксперимента SPI-ACS в энергетические единицы, что позволило построить максимально детальную кривую блеска этого всплеска в энергетическом диапазоне (15, 50) кэВ, котормую можно аппроксимировать степенным законом с изломом. Положение излома кривой блеска на временной шкале даст возможность оценить угол раствора конуса джста источника гамма-всплеска, полная ширина которого составила ~ 4". Показано, что всплеск принадлежит к классу всплесков с рентгеновской кривой блеска, не содержащей фазы плато. По данным эксперимента SPI-ACS/INTEGRAL также была исследована кривая блеска главного эпизода всплеска GRB051008. Показано, что она состоит как минимум из 10 отдельных импульсов. Именно сложная структура кривой блеска этого всплеска может быть причиной отсутствия спектрального лага для всего события.

В Заключении приведены основные результаты диссертации.

Цитированная литература

1. Paczynski В. Gamma-ray bursters at cosmological distances // Astrophys. J. Let. 1986. — September. Vol. 308. P. L43-L46.

2. Klcbesadel R. W., Strong I. В., Olson R. A. Observations of Gamma-Ray Bursts of Cosmic Origin // Astrophys. J. Let. 1973. - Juny. Vol. 182. P. L85.

3. Mazcts E. P., Golcnetskii S. V., Ilinskii V. N. ct al. Catalog of cosmic gamma-ray bursts from the KONUS experiment data. I. // Asron. Space Sci. 1981. — November. Vol. 80. P. 3-83.

4. Wooslcy S. E. Gamina-ray bursts from stellar mass accretion disks around black holes // Astrophys. J. 1993, —March. Vol. 405. P. 273 277.

5. Paczynski B. Arc Gamma-Ray Bursts in Star-Forming Regions? // Astrophys. J. Let. 1998. - February. Vol. 494. P. L45. astro-ph/9710086.

6. Mcszaros P., Rees M. J. Tidal heating and mass loss in neutron star binaries - Implications for gamma-ray burst models // Astrophys. J. 1992. - October. Vol. 397. P. 570-575.

7. Connaughton V. BATSE Observations of Gamma-Ray Burst Tails // Astrophys. J. 2002. — March. Vol. 567. P. 1028 -1036. astro-ph/0111564.

8. Gchrcls N., Norris J. P., Barthelmy S. D. et al. A new 7-ray burst classification scheme from GRB060614 // Nature. 2006. - December. Vol. 444. P. 1044-1046. astro-ph/0610635.

9. Peng Z. Y., Yin Y., Bi X. W. ct al. Spectral lag of gamma-ray bursts caused by the intrinsic spcctral evolution and the curvature effect // Astronomischc Nachrichtcn. 2011. - January. Vol. 332. P. 92. arXiv:astro-ph.HE/1101.4062.

10. Arnaud K. A. XSPEC: The First Ten Years // Astronomical Data Analysis Software and Systems V / Ed. by G. H. Jacoby, J. Barnes. Vol. 101 of Astronomical Socicty of the Pacific Conference Series. 1996. P. 17.

11. Rau A., Kienlin A. V., Hurley K., Lichti G. G. The 1st INTEGRAL SPI-ACS gamina-ray burst catalogue // Astron. and Astrophys. 2005. - August. Vol. 438. P. 1175-1183. astro-ph/0504357.

Подписано в печать 18.11.2014г. Бумага офсетная. Печать цифровая. Формат 60x90/16. Усл. печ. л. 1. Заказ № 156. Тираж 100 экз. Типография «КОПИЦЕНТР» 119234, г. Москва, Ломоносовский пр-т, д.20 Тел. 8 (495)213-88-17