Исследование области центра Галактики в рентгеновском диапазоне энергий при помощи позиционно-чувствительной пропорциональной камеры тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

На правах рукописи

РГо ОД 1 8 Д^К П?Л

Павлинскгй Михаил Николаевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЛАСТИ ЦЕНТРА ГАЛАКТИКИ В РЕНТГЕНОВСКОМ ДИАПАЗОНЕ ЭНЕРГИЙ ПРИ ПОМОЩИ ПОЗИЦИОННО-ЧУВСТВИТЕЛЬНОЙ ПРОПОРЦИОНАЛЬНОЙ КАМЕРЫ

01.03.02 Астрофизика и радиоастрономия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва 2000

Работа выполнена в Институте космических исследований РАН

Официальные оппоненты:

член - корреспондент РАН, доктор физико-математических наук,

профессор

Черепащук Анатолий Михайлович

доктор физико-математических наук, профессор

Гнедин Юрий Николаевич

доктор физико-математических наук, профессор

Гальпер Аркадий Моисеевич

Ведущая организация:

Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе РАН (г.Санкт-Петербург)

Защита диссертации состоится 22 декабря 2000 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 002.94.01 при Институте космических исследований РАН по адресу: 117810 Москва, ул. Профсоюзная, 84/32, ИКИ АН СССР, подъезд 2, (конференц-зал).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИКИ РАН.

BGe.fyAY'fbSih Грлнат*03

Автореферат разослан 21 ноября 2000 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 002.94.01 'кандидат технических наук

В.Е.Нестеров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы

' В 1989 г. на орбиту была выведена специализированная астрофизическая обсерватория «Гранат», с помощью которой были получены качественно новые результаты в рентгеновской астрономии. Существует две эпохи, по крайней мере в отечественной рентгеновской астрономии, до и после «Граната».

По прошествии более чем десяти лет, публикации по результатам спутника «Гранат» сохраняют один из самых высоких, индексов цитируемое™ в отечественных и зарубежных научных изданиях. Обсерватория «Гранат» внесена международным научным сообществом в десятку лучших мировых проектов, которые оказали наибольшее влияние на развитие астрофизики высоких энергий.

Одним из приборов, внесшим существенный вклад в достижения обсерватории «Гранат», являлся рентгеновский астрономический телескоп с кодированной апертурой АРТ-П. Разработкой телескопа АРТ-П, в начале 80-х годов было открыто новое направление в отечественном космическом приборостроении, связанное с применением методов пространственной модуляции плоскопараллелыюго потока излучения, идущего от удаленных рентгеновских источников. Данный метод, названный методом кодированной апертуры, основан на использовании позиционно - чувствительного детектора и кодирующей маски, расположенной над детектором. Такая схема позволяет получать изображение выделенных участков небесной сферы с разрешением несколько минут дуги в поле зрения несколько угловых градусов. Преимущество нового метода заключалось в его применимости в области жестких энергий и возможности одновременного наблюдения источника (источников) и фона.

В ходе разработки телескопа АРТ-П была решена сложнейшая задача по созданию позиционно-чувствителыюй пропорциональной камеры, работающей в широком диапазоне энергий от 3 до 100 кэВ и имеющей высокое пространственное разрешение. Камера телескопа АРТ-П остается одной из лучших в мире в своем классе детекторов.

Преимущества телескопа АРТ-П были максимально использованы при обзоре густонаселенной области Галактического центра. В ходе этих наблюдений, которые продолжались в течение двух с половиной лет, было выполнено картографирование этой области неба в рентгеновских лучах и получены качественно новые данные по свойствам точечных источников, их светимости, долговременной переменности, небесным координатам, открыта различная природа протяженного диффузного источника на мягких и жестких энергиях, обнаружено несколько ранее неизвестных источников. До сих пор данные телескопа АРТ-П остаются во многом уникальными.

Данные обсерватории «Гранат», стимулировали дальнейшие исследования области Галактического центра крупнейшими орбитальными рентгеновскими обсерваториями: ЯОЗАТ, А8СА, ВерроБАХ, Лом;АТ£, АХАР-С!юпс!га. ХММ-ИекЮп.

Спустя несколько лет обсерваторией АБСА были подтверждены результаты телескопа АРТ-П о существовании рассеянного на электронах в холодных молекулярных облаках излучения, подтвержден вывод о наличии флуоресцентной линии 6.4 кэВ железа в энергетическом спектре рассеянного излучения. Данные телескопа АРТ-П послужили началом большого цикла экспериментальных и теоретических работ по исследованию прошлого ядра нашей Галактики на основе анализа его излучения, рассеянного в гигантских молекулярных облаках области центра Галактики, и, в частности, в холодном и плотном молекулярном облаке В. Это новое направление в исследовании

светимости ядра нашей Галактики в прошлом получило название «рентгеновская археология».

По новым рентгеновским источникам, открытым телескопом АРТ-П, составлялись совместные программы исследований миссиями ВерроБАХ и Ло5^гЛТ£. Благодаря этим исследованиям были обнаружено новые рентгеновские барстеры и двойные системы. Наземными радио и инфракрасные телескопы отождествили один из источников, открытых телескопом АРТ-П, с неизвестной ранее сейфертовской галактикой 1-го типа, расположенной на расстоянии 87 Мпк и проецирующейся на область Галактического центра.

Успех обсерватории «Гранат» стимулировал работы по созданию новой астрофизической обсерватории «Спектр-Рентген-Гамма», новой научной аппаратуры, которая позволит исследовать различные астрофизические объекты на качественно ином уровне.

Цель работы.

Целью работы было:

- разработка конструкции и изготовление создание астрономического рентгеновского телескопа нового поколения с использованием методов кодированной апертуры;

- создание позиционно - чувствительной камеры с широким энергетическим диапазоном и высоким пространственным разрешением для рентгеновского телескопа с кодированной апертурой;

- создание стенда для наземной калибровки рентгеновского телескопа с кодированной апертурой и проведение его наземной и полетной калибровки;

- построение рентгеновской карты области Галактического центра, проведение долговременных исследований точечных рентгеновских источников, в том числе ядра Галактики при помощи созданного телескопа;

- исследование природы протяженного диффузного рентгеновского источника в области Галактического центра;

- исследование рентгеновских барстеров;

- создание позиционно - чувствительной пропорциональной камеры с улучшенными характеристиками и на ее основе создание фокального рентгеновского детектора для нового поколения зеркальных рентгеновских телескопов;

- создание широкоугольного рентгеновского монитора гамма-всплесков на основе вновь разработанной камеры с использованием апробированных методов кодированной апертуры.

Научная новизна.

Впервые в отечественных разработках применен принцип кодированной апертуры в приложении к рентгеновской астрономии, разработана оригинальная оптическая схемы телескопа и коллиматора, разработан позиционно-чувствительный детектор, стенд для наземной калибровки телескопа, математическая модель телескопа, проведена наземная и полетная калибровка телескопа.

Получена уникальная рентгеновская карта центральной области Галактического центра в диапазоне энергий 3-30 кэВ с высоким угловым разрешением и высокой

- J -

чувствительностью, в этой области обнаружены двенадцать точечных источников, в том числе 4 ранее неизвестных источника, и протяженный источник диффузного излучения. Впервые проведено долговременное, на протяжении 2.5 лет, исследование переменности центральных постоянно ярких источников: А1742-294, 1 El 740.7-2942, 1Е1743.1-2843, SLX1744-299/300 и Sgr А*.

Впервые обнаружена сильная переменность и рентгеновском диапазоне энергий источника 1Е1740.7-2942 - кандидата в черные дыры, ответственного за жесткое излучение из центральной области Галактики на энергиях выше 20 кэВ. Зарегистрировано три состояния источника,-отличающихся по величине потока в рентгеновском диапазоне энергий. Зарегистрирован быстрый (менее чем за сутки) переход из «выключенного» состояния во «включенное».

Обнаружена переменность (в 2 раза) потока в рентгеновском диапазоне энергий от источника А1742-294 - рентгеновского барстера. ответственного -1/3 излучения из центральной области Галактики на энергиях <15 кэВ, показано, что не всегда источник А1742-294 является ярчайшим в центральной области. Обнаружена незначительная переменность в рентгеновском диапазоне энергий потока от пары рентгеновских барстеров SLX1744-299/300, отстоящих друг от друга всего на 2'.8. За все время наблюдений (>830000 с) области Галактического центра не обнаружено заметной переменности потока в рентгеновском диапазоне чпергин источника 1Е1743.1-2843, в направлении которого присутствовало сильное межзвездное поглощение, и не зарегистрировано ни одного рентгеновского всплеска.

Зарегистрирован слабый рентгеновский источник со светимостью ~1036 эрг/с в диапазоне энергий 4-20 кэВ, координаты которого с точностью <Г совпали с динамическим центром нашей Галактики источником Ser Л*. Обнаружена переменность потока от источника в 2 раза на масштабе полугода. Получен энергетический спектр, который наилучшим образом описывался степенным законом с фотонным индексом-1.6.

Получены энергетические спектры рентгеновских источников А1742-294, 1Е1740.7-2942, 1Е1743.1-2843 и SLX1744-299/300 в диапазоне энергий 3-30 кэВ, по совокупности данных уточнены небесные координаты источников. Обнаружено пять ранее неизвестных источника GRS1741.9-2853, GRS1747-312, GRS1734-292, GRS1736-297 и GRS1758-258. Определены небесные координаты новых источников, потоки, светимость и энергетические спектры.

Впервые построена карта протяженного диффузного рентгеновского источника в области Галактического центра в разных энергетических диапазонах и, что особенно важно, в диапазоне энергий выше 10 кэВ. Обнаружено отличие формы протяженного диффузного источника на малых энергиях от формы источника на жестких энергиях. Найдена корреляция распределения протяженного диффузного излучения на жестких энергиях с картой плотных холодных молекулярных облаков, в частности с облаком Sgr В. Впервые высказано предположение, что природа протяженного диффузного источника на малых и жестких энергиях имеет разный характер: если на малых энергиях светит высокотемпературная плазма (температура несколько кэВ), то па жестких энергиях наблюдается излучение компактных источников этой области, рассеянное в плотных холодных молекулярных облаках. Предсказано (и получены четкие экспериментальные свидетельства), что от молекулярных облаков, в частности от облака Sgr В, должна наблюдаться флуоресцентная линия железа 6.4 кэВ. а в спектре диффузного излучения должно наблюдаться сильное поглощение за I-C-краем железа.

Установлено, что существующей светимости точечных компактных источников недостаточно для обеспечения светимости молекулярных облаках в рассеянном

излучении. Впервые получена оценка рентгеновской светимости ядра нашей Галактики в течение последних 400 лет.

Подготовлен каталог зарегистрированных телескопом АРТ-П более 100 рентгеновских всплесков. Исследован рентгеновский барстер 8ЬХ1732-304 в шаровом скоплении Терзан 1. Впервые зарегистрирована сильная переменность источника в рентгеновском диапазоне энергий, обнаружено наличие двух состояний, «низкого» с жестким энергетическим спектром и «высокого» с более мягким спектром. В «высоком» состоянии от источника БЬХ1732-304 зарегистрирован и впервые точно локализован рентгеновский всплеск. Впервые зарегистрирован и локализован рентгеновский всплеск от источника вЬХ! 732-299. тем самым было установлено, что оба источника ЙГХ1732-299 и ЭЬХ1732-300, расстояние между которыми равно лишь 2.8', являются рентгеновскими барстерами. Прямым измерением получена величина рекуррентного времени для источника БЬХ1732-300.

Разработана позиционно-чувствительная пропорциональная камера с повышенным энергетическим и пространственным разрешением, повышенной эффективностью регистрации излучения на малых энергиях и повышенным быстродействием. На основе вновь разработанной камеры, разработан фокальный рентгеновский детектор для нового поколения зеркальных рентгеновских телескопов, разработан широкоугольный рентгеновский монитор с использованием методов кодированной апертуры.

Практическая ценность работы.

Результаты разработки оптической схемы телескопа с кодированной апертурой, маски, коллиматора, позициоино - чувствительной пропорциональной камеры были положены в основу телескопа АРТ-П, установленного на борту международной астрофизической обсерватории «Гранат», запущенной в 1989 г. на орбиту.

При помощи телескопа АРТ-П были проведены долговременные (~2.5 года) наблюдения густонаселенной области Галактического центра. В ходе этих наблюдений, которые продолжались в течение двух с половиной лет, были получены качественно новые данные по рентгеновской карте и точечным источникам, их светимости, долговременной переменности, небесным координатам, открыта различная природа протяженного диффузного источника на мягких и жестких энергиях, открыто несколько ранее неизвестных источников, в том числе рентгеновские барстеры.

Результаты разработки новой позицнонно-чувствительной камеры положены в основу двух приборов - фокального рентгеновского детектора ФРД телескопа СОДАРТ и широкоугольного монитора гамма-всплесков «Спин-Х» обсерватории «Спектр-Рентген-Гамма».

Основные положения, выносимые на защиту.

- создание астрономического рентгеновского телескопа нового поколения с использованием методов кодированной апертуры;

- создание позици.онно - чувствительной камеры с широким энергетическим диапазоном и высоким пространственным разрешением для рентгеновского телескопа с кодированной апертурой;

- создание стенда для наземной калибровки рентгеновского телескопа с кодированной апертурой и результаты его наземной и полетной калибровки;

-5- рентгеновская карта области Галактического центра, результаты

долговременных исследований точечных рентгеновских источников, в том числе ядра Галактики при помощи созданного телескопа;

- результаты исследования природы протяженного диффузного рентгеновского источника в области Галактического центра;

- результаты исследований рентгеновских барстеров при помощи созданного телескопа;

- создание позицлонно - чувствительной пропорциональной камеры с улучшенными характеристиками и на ее основе - создание фокального рентгеновского летектора для нового поколения зеркальных рентгеновских телескопов;

- создание широкоугольного рентгеновского монитора гамма-всплесков на основе вновь разработанной камеры с использованием апробированных методов кодированной апертуры.

Апробация работы.

Результаты диссертации докладывались на конференции молодых ученых и специалистов ИКИ АН СССР (Москва 1986, 1988), на IV международном семинаре «Научное космическое, приборостроение» (Фрунзе, 1989), на Генеральной ассамблее КОСПАР/МАС (Гаага, 1990), на всесоюзной конференции «Астрофизика сегодня» (г. Горький, 1991), на международном коллоквиуме по астрономии и астрофизике (Тулуза, Франция, 1992), на Генеральной ассамблее КОСПАР (Гамбург, Германия, 1994), на международных конференциях по рентгеновской астрономии и астрофизике (Токио, Япония, 1994, Вюрсборг, Германия, 1995, Сант-Мапо, Франция, 1996, Токио, Япония, 1997, Копенгаген, Дания, 1998), на семинаре отдела Астрофизики высоких энергий ИКИ РАН.

По теме диссертации опубликовано 29 работ. Объем диссертации.

Диссертация состоит из трех частей, в первой части - введение, четыре главы, заключение, во второй части - введение, три главы, заключение, в третьей части -введение, три главы, заключение. В конце приведен список литературы, Диссертация имеет объем 175 страниц, содержит 98 иллюстраций и 20 таблиц. Список литературы состоит из 150 ссылок.

Содержание работы.

В первой части диссертации описывается создание рентгеновского астрономического телескопа с кодированной апертурой АРТ-П. Во введении к этой части коротко рассказывается об обсерватории «Гранат», первая глава посвящена принципам кодированной апертуры и разработке оптической схемы телескопа, вторая - созданию позицнонно-чувствителыюй пропорциональной камеры для телескопа, третья - описанию устройства телескопа АРТ-П, четвертая - стенду для наземной калибровки телескопа и результатам наземной и полетной калибровки, в заключении к части I представлены основные результаты, полученные в ходе разработки телескопа АРТ-П.

В первой главе рассматриваются основные принципы метода кодированной апертуры в приложении к рентгеновской астрономии: поиск оптической схемы телескопа, в которой

система «кодирующая маска - коллиматор - детектор» имеет полное кодирование потока излучения. Рассматривается схема, в которой используются автокорреляционные свойства иЯА последовательности маски и диаграмма направленности коллиматора совпадает с полем «полного» кодирования. Рассказывается о схеме с многомотивной маской. В этой же главе рассматривается оригинальное решение по коллиматору, в котором, при не совпадающем размере элемента маски и ячейки коллиматора, в сочетании со свойствами многомотивности маски и иКА последовательности с простыми числами, отсутствуют искажения в функции кодирования потока излучения маской и, следовательно, отсутствуют искажения (артефакты) на восстанавливаемом изображении. Помимо этого коллиматор имеет минимально возможное геометрическое сечение по затенению потока рентгеновских фотонов от исследуемого источника.

Во второй главе рассказывается о разработке двухслойной позиционно-чувствителыюй многопроволочной пропорциональной камеры большой площади в отпаянном варианте. Камера имеет широкий энергетический диапазон 4-100 кэВ и ресурс работы несколько лет в условиях открытого космоса. Это достигается благодаря конструкции, использованию безклеевых компонентов в чувствительном объеме детектора и высокой степени очистки гермозоны и используемой газовой смеси. Приводятся результаты экспериментальных исследований по поиску внутренней конфигурации проволочных и электрических полей детектора, составу и давлению рабочей газовой смеси, которое, в конечном итоге в сочетании с многомотивной маской, исключило эффект модуляции координаты анодными проволочками из восстановленного изображения, обеспечило требуемое для записи тени маски координатное разрешение с использованием наиболее простой и надежной схемы считывания информации на основе £С линии задержки, обеспечило высокую степень режекции заряженных частиц. Рассказывается о возможности непрерывного мониторнрования координатных и энергетических каналов детектора при помощи встроенных радиоактивных источников, что позволило контролировать работоспособность детектора и что особенно важно -эффективность регистрации рентгеновского излучения в длительных (до 20 ч) сеансах наблюдения.

В третьей главе приводиться описание устройства телескопа АРТ-П и режимов его работы - «энергетическая калибровка», «поток фотонов» и «изображение».

Рис.1 Фотография одного модуля телескопа АРТ-П, вверху видна кодирующая маска, удерживаемая углепластиковой структурой, внизу -детектор, обтянутый электровакуумной теплоизоляцией белого цвета, под детектором и рядом с ним - блоки аналоговой и цифровой электроники.

В четвертой главе рассказывается об оригинальной оптической схеме' наземной калибровки телескопа АРТ-П при которой источник рентгеновских квантов удалось расположить на расстоянии в ~20 раз ближе к детектору, чем требовалось из начальных соображений. Это было достигнуто благодаря использованию свойств многомотивности маски и возможности перемещения кодирующей маски ближе к входному окну детектора. Рассказывается о разработке и изготовлении стенда для наземной калибровки телескопа АРТ-П на основе 15-ти метровой вакуумной трубы, обеспечивающий засветку детектора квазнпараллельным пучком рентгеновских квантов с расходимостью ~5х10"' рад на нескольких энергиях и грехкоординатном столе, позволяющем перемещать детектор относительно пучка с точностью <50 мкм и разворачивать в одной из плоскостей с точностью 5". Приводятся результаты наземной энергетической и пространственной калибровки четырех модулей телескопа, исследования диаграммы направленности коллиматора на разных энергиях, результаты полетной калибровки по источнику в Крабовидной туманности. Упоминается результат моделирования функциональных возможностей телескопа АРТ-П методом Монте-Карло.

Во второй части диссертации представлены результаты обзора телескопом АРТ-П области Галактического центра в рентгеновском диапазоне энергий. Вторая часть включает введение, пятую, шестую и седьмую главы и заключение. Во введении представлены предыстория наблюдений области Галактического центра, пятая глава посвящена рентгеновской карте размером 5°х5°, полученной телескопом АРТ-П, шестая -протяженному диффузному источнику, седьмая - рентгеновским барстерам, в заключении к части II представлены основные результаты, полученные в ходе наблюдений области Галактического центра телескопом АРТ-П.

В пятой главе рассказывается история обзора телескопом АРТ-П центральной области Галактического центра в диапазоне энергий 3-30 кэВ с высоким угловым разрешением и высокой чувствительностью, о том, что на полученной карте было обнаружено двенадцать точечных источников, в том числе 4 новых.

СР.ДМДТ/ЛР.Т-Р 267 °

2С5

Рис.2 Изображение области Центра Галактики в диапазоне энергий 3-17 кэВ, полученное телескопом АРТ-П в Сентябре-Октябре 1990 г. Контуры показывают значимость зарегистрированных источников и соответствуют уровням достоверности 3,4, 5, ..., 10, 20, 30 и более стандартных отклонений.

ШСНТ АЗСЕгаКЖ (1950.0)

Представлены результаты по четырем ранее неизвестным источникам GRS 1741.92853, GRS 1747-312, GRS1734-292, и GRS1736-297. Даны их небесные координаты, потоки, светимость и энергетические спектры. Рассказано, что'впоследствии другими миссиями была установлена природа трех источников: GRS 1741.9-2853 - рентгеновский барстер, GRS 1747-312 - рентгеновский барстер в двойной системе с орбитальным периодом 12.36 ч, расположенный в шаровом скоплении Терзан 6, GRS1734-292 -сейфертовская галактика 1-го типа, расположенная на расстоянии 87 Мпк и проецирующаяся на область Галактического центра. Природа источника GRS1736-297 пока не известна.

Далее рассматриваются результаты долговременных, на протяжении 2.5 лет, исследований переменности центральных постоянно ярких источников: AI 742-294, 1 El740.7-2942, 1Е1743.1-2843, SLX1744-299/300 и Sgr А*.

Показана сильная переменность в рентгеновском диапазоне энергий источника 1 El740.7-2942 - кандидата в черные дыры, ответственного за жесткое излучение из центральной области Галактики на энергиях выше 20 кэВ, зарегистрировано три состояния источника, отличающихся по величине потока в рентгеновском диапазоне энергий, зарегистрирован быстрый (менее чем за сутки) переход из «выключенного» состояния во «включенное».

Обнаружена переменность (в 2 раза) потока в рентгеновском диапазоне энергий от источника А1742-294, рентгеновского барстера, ответственного —1/3 излучения из центральной области Галактики на энергиях <15 кэВ, показано, что не всегда источник AI742-294 является ярчайшим в центральной области. Обнаружена незначительная переменность в рентгеновском диапазоне энергий потока от пары рентгеновских барстеров SLX1744-299/300, отстоящих друг от друга всего лишь на 2.8'. Рассказывается, что за все время наблюдений (>830000 с) области Галактического телескопом АРТ-П не обнаружено заметной переменности потока в рентгеновском диапазоне энергий источника 1Е1743.1-2843, в направлении которого присутствует сильное межзвездное поглощение, и не было зарегистрировано ни одного рентгеновского всплеска.

Представлены данные о слабом рентгеновском источнике со светимостью ~1036 эрг/с в диапазоне энергий 4-20 кэВ, координаты которого с точностью <1' совпали с динамическим центром нашей Галактики Sgr А*. Обнаружена переменность потока от источника в 2 раза на масштабе полугода. Получен энергетический спектр, который наилучшим образом описывался степенным законом с фотонным индексом -1.6. Если, предположить, что источник связан с центром Галактики то тогда координаты центра нашей Галактики в рентгеновском диапазоне энергий согласно данным телескопа АРТ-П равны R.A. = 17h42m32s.4 (ls.5) и Deel. = -28°59'12" (50"). Обсуждается результат низкой рентгеновской светимости ядра нашей Галактики.

Здесь же рассматриваются энергетические спектры постоянных рентгеновских источников А1742-294, 1 El740.7-2942, 1Е1743.1-2843 и SLX1744-299/300 в диапазоне энергий 3-30 кэВ и представлены уточненные небесные координаты источников. Даны оценки потоков для других источников, обнаруженных на карте телескопа АРТ-П.

В шестой главе рассказывается о полученной карте протяженного диффузного рентгеновского источника в области галактического центра на различных энергетических диапазонах и что особенно важно в диапазоне энергий выше 10 кэВ. Рассказывается о различной форме протяженного диффузного излучения на малых и жестких энергиях, о корреляции между формой протяженного диффузного источника на жестких энергиях с картой плотных холодных молекулярных облаков, в частности с облаком Sgr В. Рассказывается о различной природе протяженного диффузного источника на малых и жестких энергиях, если на малых энергиях светит высокотемпературная плазма

(температура несколько кэВ), то на жестких энергиях наблюдается излучение компактных источников, рассеянное на электронах плотных холодных молекулярных облаков. Рассказывается о предположении, что от молекулярных облаков должна наблюдаться флуоресцентная линия железа 6.4 кэВ и должно наблюдаться сильное поглощение выше К-края железа. Показано, что существующей на данный момент светимости точечных компактных источников недостаточно для обеспечения светимости молекулярных облаках в рассеянном излучении. Представлены данные по энергетическому спектру диффузного источника. Получена оценка на рентгеновскую светимость ядрд нашей Галактики в течение последних 400 лет.

Galactic longitude, cleg Galactic longitude, deg

Рис.3 Изображение диффузного источника, полученное телескопом АРТ-А в двух энергетических диапазонах, в лннпи железа 5-8.5 кэВ (слева) и в жестком диапазоне энергий 12-17 кэВ (справа). На изображении справа тонкими контурами нанесена радио карта 1 'СО 2.6 мм молекулярной линии. Контуры соответствуют уровням значимости 2а-4а-.... Более тонкой линией на правом рисунке проведены уровни 1, 'Л, '/*, от пика яркости 13СО, наблюдаемого в положениях Sgг А и Sgr В2. Крестики соответствуют положению точечных источников 1Е1743.1-2843, Эгг А*, А1742-294, БЬХ1744-299/300 и 1Е1740.7-2942 (слева на право), потоки от которых вычтены.

В седьмой главе представлен каталог зарегистрированных телескопом АРТ-П 100 рентгеновских всплесков, рассматриваются методы анализа и дается краткое резюме по идентифицированным источникам всплесков. Представлены данные по исследованию рентгеновского барстера 31.Х1732-304 в шаровом скоплении Терзан 1. Зарегистрирована сильная переменность источника в рентгеновском диапазоне энергий, обнаружено наличие двух состояний, «низкого» с жестким энергетическим спектром и «высокого» с более мягким спектром. В «высоком» состоянии от источника 8ЬХ1732-304 зарегистрирован и впервые точно локализован рентгеновский всплеск. В этой же главе рассказывается о регистрации и локшшзации рентгеновского всплеска от источника 8ЬХ1732-299, тем самым было установлено, что оба источника 8ЬХ1732-299 и 8ЬХ1732-300, расстояние между которыми всего лишь 2.8', являются рентгеновскими барстерами. Измерено рекуррентное время для источника 5ЬХ1732-300.

В третьей части диссертации представлены результаты разработки двух приборов -фокального рентгеновского детектора ФРД зеркального телескопа СОДАРТ и широкоугольного рентгеновского монитора «Спин-Х» обсерватории «Спектр-Рентген-Гамма». Третья часть включает введение восьмую, девятую и десятую главы и заключение. Во введении представлен проект обсерватории «Спектр-Рентген-Гамма», восьмая глава посвящена описанию устройства прибора ФРД, девятая - рассматриваются возможности рентгеновского телескопа СОДАРТ с детектором ФРД в фокальной плоскости, десятая - широкоугольный рентгеновский монитор гамма-всплесков «Спин-

X», в заключении к части III представлены основные результаты, полученные в ходе разработки детектора ФРД и монитора «Спин-Х».

В восьмой главе рассматривается новая позиционно-чувствительная пропорциональная камера с улучшенными характеристиками и на ее основе созданный фокальный рентгеновский детектор ФРД, дается описание конструкции многопроволочной пропорциональной камеры и логики отбора полезных событий, представлены основные характеристики разработанного детектора.

Рис.4 Фотография внутреннего объема многопроволочной пропорциональной камеры детектора ФРД. Видны проволочные поля на лейкосапфировых рамках. Внутренний размер проволочного поля 180x180 мм.

В девятой главе рассматриваются возможности телескопа СОДАРТ с детектором ФРД в фокальной плоскости, рассматривается эффективная площадь зеркальных систем в сочетании с детектором ФРД, которая будет имеет максимальную эффективную площадь ~830 см2 на энергии 6.4 кэВ и >20 см2 в диапазоне энергий 1.4-20.7 кэВ, даются сравнительные характеристики. Обсуждается чувствительность телескопа СОДАРТ/ФРД, которая будет составлять -3.3x10"6 Краб (или ~10"'3 эрг с"1 см'2) на уровне 5а за время экспозиции 104 с, что в 300 раз чувствительнее телескопа АРТ-П. Говорится о возможности наблюдения в поле зрения телескопа СОДАРТ одного яркого рентгеновского источника с потоком до ~5.2 Краб (или ~1.7х10"7 эрг с'1 см"2). Такое быстродействие может весьма пригодиться при наблюдениях телескопом СОДАРТ ярких транзиентных рентгеновских источников и рентгеновских новых, периодически вспыхивающих на небе. Реализовать подобное на ПЗС-матрицах невозможно. Далее представлены результаты по энергетическому и координатному разрешению ФРД.

Энергия,кэВ

Рис.5 Расчетная зависимость эффективной площади зеркальной системы телескопа СОДАРТ (тонкая линия) от энергии, экспериментальные данные измерения эффективной площади зеркальной системы на трех энергиях 6.627, 8.837 и 11.046 кэВ (кружки), эффективная площадь телескопа СОДАРТ с детектором ФРД в фокальной плоскости (толстая линия), эффективная площадь телескопа Chandra (штриховая линия).

«

В десятой главе рассматривается широкоугольный рентгеновский монитор «Спин-Х», сделанный на основе вновь разработанного детектора с применением апробированных методов кодированной апертуры. Представлена оптическая схема с «неполным» кодированием, которая была выбрана с учетом возможного поля зрения, углового разрешение, линейных размеров и пространственного разрешения детектора для регистрации и локализации источников гамма-всплесков, обзора больших участков неба в поисках новых транзиентных источников и долговременных наблюдений ярких Галактических источников, в том числе рентгеновских барстеров. Представлены результаты моделирования методом Монте-Карло функциональных возмбжностей монитора «Спин-Х, котбрые показали, что ожидаемое количество гамма-всплесков, которые сможет зарегистрировать и локализовать прибор «Спин-Х», составляет величину 10 вспл./год. Представлены данные по ожидаемой чувствительности монитора «Спин-Х» при наблюдениях постоянных рентгеновских источников, в том числе в области Галактического центра, и по регистрации и локализации рентгеновских вспышек из области Галактического центра.

Основные выводы и результаты диссертационной работы.

В ходе большой коллективной работы при непосредственном участии автора были получены следующие результаты:

1. Впервые в отечественных разработках применен принцип кодированной апертуры в приложении к рентгеновской астрономии. Найдена оригинальная оптическая схема телескопа, не вносящая искажений (артефактов) в изображение.

2. Разработана уникальная двухслойная позиционно-чувствительная многопроволочная пропорциональная камера с высоким пространственным • разрешением и широким энергетическим диапазоном.

■ * Рис.6 Фотография одного модуля широкоугольного

] | ; рентгеновского телескопа «Спин-Х», вверху расположена

] ! кодирующая маска, удерживаемая алюминиевым тубусом,

1 3 * внизу - детектор, под детектором - блоки аналоговой и

I I • цифровой электроники.

- 123. Предложена и реализована оригинальная оптическая схема наземной

калибровки телескопа с кодированной апертурой. Разработан и изготовлен стенд для наземной калибровки. Проведена наземная и полетная калибровка телескопа.

4. Впервые проведен долговременный обзор области Галактического центра в рентгеновском диапазоне энергий с высоким угловым разрешением и чувствительностью. Проведено картографирование центральной области Галактического центра в рентгеновских лучах. Детально исследованы центральные постоянные источники: А1742-294, 1Е1740.7-2942, 1Е1743.1-2843 и 5ЬХ1744-299/300 и ядро нашей Галактики Sgг А*, открыты ранее неизвестные источники: ОЯ81741.9-2853, 01^1747-312, 0181734-292,

вЯЗ 1736-297 и 01151758-258.

5. Впервые получена карта протяженного диффузного рентгеновского источника в области галактического центра в различных энергетических диапазонах. Обнаружено отличие формы протяженного диффузного источника на малых энергиях от формы источника на жестких энергиях. Обнаружена корреляция между формой протяженного диффузного источника на жестких энергиях с картой плотных холодных молекулярных облаков, в частности с облаком Sgr В. Установлена различная природа протяженного диффузного источника на малых и жестких энергиях. Получена оценка на рентгеновскую светимость ядра нашей Галактики в течение последних 400 лет;

6. Получен каталог, содержащий 100 рентгеновских всплесков. Исследован рентгеновский барстер БЬХ1732-304 в шаровом скоплении Терзан 1. Впервые зарегистрирована сильная переменность источника в рентгеновском диапазоне энергий. Зарегистрирована и впервые точно локализована рентгеновская вспышка от источника БЬХ1732-304. Впервые зарегистрирована и локализована рентгеновская вспышка от источника 8ЬХ1732-299. Измерено рекуррентное время для источника БЬХ1732-3 00.

7. Разработана позиционно-чувствительная камера, имеющая улучшенные характеристики, и на ее основе разработан фокальный рентгеновский детектор для зеркального телескопа нового поколения.

8. Разработан широкоугольный рентгеновский монитор гамма-всплесков на базе нового детектора и апробированных методов кодированной апертуры.

Список работ опубликованных по теме диссертации

1. Сюняев P.A., Ямбуренко Н.С., Павлинский М.Н., Бабалян Г.Г., Деханов И.А., Табалдыев С.Р., Корпев Е.А., Сероштанов В.М., Ямпольский С.И., Арямкин В.М., Пустовалов М.Н., Мокроусов II.В.. Штсреибсрг A.C., Зиш.ко A.A., Шевченко B.C. // «Многопроволочная пропорциональная камера для телескопа с кодированной апертурой». Препринт ИКИ АН СССР. Пр-1402, 1988.

2. Ямбуренко Н.С., Павлннскпн М.П.. Бабалян Г.Г., Деханов И.А., Сюняев P.A., Табалдыев С.Р., Корнев Е.А., Арямкин В.М., Лемберский В.И., Спектор Л.В. // «Астрономический гх;гтгеновскнй телескоп с кодированной апертурой», Препринт ИКИ АН СССР, Пр-1435,1988.

3. Павлинский М.Н.. Ямбуренко Н.С.. Деханов И.А., Бабалян Г.Г., Сюняев P.A., Табалдыев С.Р., Корнев Е.А. // «Астрономический рентгеновский телескоп АРТ-П (проект «Гранат»), Препринт ИКИ АН СССР. Пр-1603, 1989.

4. Ямбуренко U.C., Павлинский М.Н., Бабалян Г.Г., Деханов H.A., Сюняев P.A., Табалдыев С.Р., Корнев Е.А., Сероштанов В.М., Ямпольский С.И., Арямкин В.М., Пустовалов М.Н., Макроусов Н.В., Штеренберг A.C.. Зннько A.A., Шевченко B.C. «Многопроволочпая пропорциональная камера для телескопа с кодированной апертурой АРТ-П (астрофизическая обсерватория «Гранат») // Аппаратура и методы исследования космического пространства 1989, 171. Москва «Наука» отв.ред. В.М.Бхпебанов.

5. Ямбуренко Н.С., Павлинский М.Н., Бабалян Г.Г., Деханов И.А., Сюняев P.A., Табалдыев С.Р., Корнев Е.А..Арямкин В.М.. Лемберский В.И., Спектор Л.В. «Астрономический рентгеновский телескоп с кодированной апертурой АРТ-П для внеатмосферной астрофизической обсерватории «Гранат» // Аппаратура и методы исследования космического пространства 1989, 182, Москва «Наука» отв.ред. В.М.Балебанов.

6. Павлинский М.Н., Ямбуренко Н.С., Деханов И.А.. Бабалян Г.Г., Сюняев P.A., Корнев Е.А., Табалдыев С.Р., Снектор Л.В., Арямкин В.М., Зинько A.A., Лемберский В.И., Мокроусов Н.В., Бондаренко С.Н., Штеренберг A.C. «Астрономический рентгеновский телескоп АРТ-П проект «Гранат» // Труды четвертого международного семинара Научное Космическое Приборостроение СССР, стр.44, г.Фрунзе, сентябрь 1989, ИКИ АН СССР.

7. Бабалян Г.Г., Павлинский М.Н., Ямбуренко U.C., Деханов И.А., Сюняев P.A., Корпев Е.А., Табалдыев С.Р. // «Энергетическое разрешение многопроволочных пропорциональных камер рентгеновского телескопа АРТ-П (проект «Гранат»), Препринт ИКИ АН СССР, Пр-1738, 1991.

8. Сюняев Р., Павлинский М., Гильфапов М., Чурачов Е., Грсбепев С., Маркевнч М., Деханов И., Ямбуренко Н., Бабалян Г.. «Наблюдения зоны галактического центра в диапазоне 4-30 кэВ рентгеновским телескопом АРТ-П обсерватории «Гранат». Предварительные результаты.» // 11мсьма в АЖ, 1991. т.17. 2. с.97.

9. Сюняев Р.. Гильфапов М.. Чураîoh Е.. Павлинский М.. Бабалян Г., Деханов И., Кузнецов А., Степанов Д.. Юнин С., Ямбуренко II., Кордьс Б.. Лебран Ф., Лоре П., Балле Ж.. Мандру П., Рок Ж.. Ведрен Ж.. Буше JI. «/Ina жестких рентгеновских источника вблизи Галактическою центра: известный источник 1EI740.7-2942 и от кры 1 ып GRS 1758-258» // Письма в АЖ. 1991. т. 17. 2. с. 116

10. Simyacv R, Cliura/.ov Е., Gilfanov M.. I'avlmsky M.. Grebenev S., Babalyan G.,

Dekhanov I., Yamburenko N., Bouchet L„ Niel M., Roques J.-P., Mandrou P., Goldwurm A., Cordier В., Laurent Ph.. Paul J., «Two hard X-ray sources in 100 square degrees around the Galactic Center» // Astron. Astrophys. 1991. 247, p.29.

ll.Siuniaev R., Churazov E., Gil'Fanov M., Pavlinskii M, Grebenev S, Dekhanov I, Kuznetsov A., Iyamburenko N., Skinner G., Patterson Т., «Imaging of the Galactic center field by Kvant and Granat» // Adv. Space Res.. 1991, v.11, no.8, p.177.

12. Sunyaev R., Churazov E., Gilfanov M., Pavlinsky M., Grebenev S., Babalyan G., Dekhanov I., Khavenson N., Bouchet L.. Mandrou P., Roques J.P., Vedrenne G., Cordier В., Goldwurm A., Lebrun F., Paul J., «Three spectral states of 1E1740.7-2942 - From standard Cygnus X-l type spectrum to the evidence of electron-positron annihilation feature» // Astrophys. J., 1991, v.383. p.49.

13. Павлинскин, M., Гребенев, С., Сюняев, P., «Новые рентгеновские источники GRS1734-292, GRS1736-297 и GRS1747-312, обнаруженные в области центра Галактики телескопом АРТ-П обсерватории «Гранат» // Письма в Астрой, журн., 1992, т.18, №3, с.217.

14. Павлинский, М., Гребенев. С., Сюняев. Р., «Рентгеновская карта области Галактического центра, построенная телескопом АРТ-П обсерватории «Гранат» // Письма в Астрон. журн., 1992, т.18, №4, с.291.

15. Churazov Е., Gilfanov М., Sunyaev R.. Pavlinsky М., Grebenev S., Dyachkov A., Kovtunenko V., Kremnev R., Niel M., Mandrou P., Vedrenne G., Roques J.P., Cordier В., Goldwurm A., Lebrun F., Paul J.. «Low-flux hard state of IE 1740.7-2942» // Astrophys. J., 1993, v.407. p.752

16. Markevitch M., Sunyaev R., Pavlinsky M., «Two sources of diffuse X-ray emission from the Galatic Centre» // Nature, 1993, v.364. p.40.

17. Sunyaev R., Markevitch M., Pavlinsky M., «The Center of the Galaxy in the recent past: a view from Granat» // Astrophys. J., 1993, v.407. p.606.

18. Pavlinsky M.N, Grebenev S.A., Sunyaev R.A. «Х-ray images of the Galactic Center obtained with AKV-'P/Granat: discovery of the new sources, variability of persistent sources, and localization of X-ray bursters» // Astrophys. J., 1994, v.425, p.l 10.

19. Pavlinsky M., Grebenev S., Finogenov A., Sunyaev R., «The X-ray burster SLX1732-304 in the globular cluster Terzan-1: Observations with the ART-P telescope on board the GRANAT observatory» // Adv. Space Res., 1995, v. 16. p.95.

20. Grebenev S., Pavlinsky M., Sunyaev R., «Observations of hard Galactic Center sources IE 1.740.7-294 with ART-P/GRANAT» //Adv. Space Res., 1995, v. 15. p.(5)l 15.

21. Grebenev S„ Pavlinsky M., Sunyaev R., «Hard X-ray sources 1 El740.7-2942, GRS1758-258 and SLX1735-269 in the Galactic center field» // Proc. of the 2nd INTEGRAL Workshop "The Transparent Universe" (held in St. Malo, France, Sept. 16-20, 1996, eds. Winkler C„ Courvoisicr Т., Durouchoux Ph.), ESA SP-382, p.183.

22. Grebenev S., Sunyaev R., Pavlinsky M., «Spectral states of Galactic black hole candidates: results of observations with ART-P/GRANAT» // Adv. Space Res., 1997, v.19. p.(l)15.

23. Pavlinsky M., Dekhanov I., Ryvkin D., Grebenev S., Sunyaev R., Glushenko A., Mokrousov N., Surtaev V. «KFRD Focal Plane Instruments of SODART/SRG Telescope» // Physica Scripta, 1998, v.77, p.33.

24. Molkov S., Grebenev S., Pavlinsky M., Sunyaev R. «Granat/ART-Р observations of GX 3+1: Type I X-ray burst and persistent emission» // Astro. Lett. And Communications,

1999, v.38, р.141.

25. Павлинский М.Н., Мазов П.А., Гребеиев С.А., Деханов И.А., Рывкин Д.Б., Сюняев P.A., Суртаев В.И., Мокроусов Н.В., Глушенко А.Г., Ямпольский С.И., Новиков А.Д.. «Широкоугольный рентгеновский монитор «Спин-Х» астрофизической обсерватории «Спектр-Рентген-Гамма». Описание прибора и детектора» // Препринт ИКИ РАН, Пр-2028. 2000.

26. Павлинский М.Н., Мазов П.А., Гребенев С.А., Деханов H.A. «Широкоугольный рентгеновский монитор «Спин-Х» астрофизической обсерватории «Спектр-Рентген-Гамма». Моделирование функциональных возможностей» // Препринт ИКИ РАН, Пр-2030. 2000.

27. Гребенев С.А., Лутовинов A.A., Павлинский М.Н., Лящепко О.В., Сюняев P.A. «Наблюдения рентгеновских всплесков телескопом АРТ-П обсерватории «Гранат». Временные истории и локализация» // Препринт ИКИ РАН, Пр-2031. 2000.

28. Павлинский М.Н., Гребенев С.А., Лутовинов A.A., Сюняев P.A., Финогенов A.B., «Источник SLX1732-304 в шаровом скоплении Терзан 1. Спектральные состояния и рентгеновский всплеск» // Препринт ИКИ РАН, Пр-2032. 2000.

29. Павлинский М.Н., Деханов H.A., Мазов П.А., Гребенев С.А., Солдатенков Д.А., Рывкин Д.Б., Суртаев В.И., Мокроусов Н.В., Глушенко А.Г., Ямпольский С.И., Новиков А.Д.. «Рентгеновский фокальный детектор КФРД телескопа Содарт Астрофизической обсерватории «Спектр-Рентген-Гамма». Предварительные результаты наземной отработки» // Препринт ИКИ РАН, Пр-2033. 2000.

055(02)2 Ротапринт ИКИ РАН _Москва, 117810, Профсоюзная, 84/32

_ Подписано к печати 16.10.2000_

Заказ i 12 ? Формат 70х 108/32 Тираж 100

0,5-уч.-изд.л

ЧАСТЫ.

ОБСЕРВАТОРИЯ «ГРАНАТ».

1. РАЗРАБОТКА ТЕЛЕСКОПА АРТ-П.

1.1 Введение.

1.2 Метод кодированной апертуры.

1.3 Оптическая схема телескопа.

2. МНОГОПРОВОЛОЧНАЯ ПРОПОРЦИОНАЛЬНАЯ КАМЕРА.

2.1 Конструкция.

2.2 Экспериментальные исследования детектора.

2.3 Моделирование.

3. ТЕЛЕСКОП АРТ-П.

3.1 Режимы работы телескопа АРТ-П.

4. НАЗЕМНАЯ И ПОЛЕТНАЯ КАЛИБРОВКА.

4.1 Наземная калибровка.

4.1.1 Энергетическая калибровка.

4.1.2 Координатная калибровка.

4.1.3 Диаграмма направленности коллиматора.

4.2 Полетная калибровка.

5. РЕНТГЕНОВСКАЯ КАРТА 5°х5° ОБЛАСТИ ЦЕНТРА ГАЛАКТИКИ.53

5.1 Введение.53

5.2 История обзора области Галактического центра телескопом АРТ-П.53

5.2.1 Весна 1990 г.54

5.2.2 Осень 1990 г.57

5.2.3 Весна и осень 1991 г., весна 1992 г.60

5.3 Новые источники, обнаруженные на карте телескопа АРТ-П.60

5.3.1 GRS1741.9-2853 . 61

5.3.2 GRS1747-312.61

5.3.3 GRS1734-292 . 64

5.3.4 GRS1736-297.65

5.4 Переменность источников постоянного излучения.66

5.4.1 1Е1740.7-2942 . 67

5.4.2 А1742-294.71

5.4.3 SLX1744-299/300. 73

5.4.4 1Е1743.1-2843.73

5.4.5 Sgr А*.73

6. ПРОТЯЖЕННЫЙ ИСТОЧНИК ДИФФУЗНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.76

6.1 Введение.76

6.2 Наблюдения и техника анализа изображений.77

6.3 Результаты.78

6.4 Обсуждение.80

6.5 Томсоновское рассеяние в молекулярных облаках.81

6.6 Линия излучения железа и температура газа.82

6.7 Спектральные характеристики.83

6.8 Рентгеновская светимость ядра Галактики.84

7. РЕНТГЕНОВСКИЕ ВСПЛЕСКИ.86

7.1 Каталог всплесков по данным телескопа АРТ-П.86

7.1.1 Введение.86

7.1.2 Методы анализа.87

7.1.3 Результаты.89

7.2 Источник SLX1732-304 в шаровом скоплении Терзан 1.108

7.2.1 Введение.108

7.2.2 Наблюдения.109

7.2.3 Рентгеновский всплеск.113

7.2.4 Результат.116

7.3 Рентгеновские барстеры SLX1744-299/300.117

7.3.1 Открытие нового барстера SLX1744-299.117

7.3.2 Временной профиль и энергетический спектр вспышки от SLX1744-299. 119

7.3.3 Рекуррентное время SLX1744-300.121

7.3.4 Обсуждение.122

ЗАКЛЮЧЕНИЕ К ЧАСТИ II.123

ЧАСТЬ III.126

ПРОЕКТ «СПЕКТР-РЕНТГЕН-ГАММА».127

8. ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВА ПРИБОРА ФРД.131

8.1 Введение.131

8.2 Многопроволочная пропорциональная камера.131

8.3 Логика отбора «полезных» событий в приборе.135

8.4 Моноблок электроники.137

8.5 Блок электропитания детектора.137

8.6 Основные характеристики детектора ФРД.138

9. ДЕТЕКТОР ФРД В ТЕЛЕСКОПЕ СОДАРТ.139

9.1 Эффективная площадь и чувствительность телескопа СОДАРТ с детектором ФРД в фокальной плоскости.139

9.1.1 Зеркальная система телескопа СОДАРТ.139

9.1.2 Эффективная площадь зеркальной системы и ФРД.140

9.1.3 Чувствительность телескопа СОДАРТ с детектором ФРД.142

9.2 Энергетическое разрешение детектора.142

9.2.1 Энергетические спектры. .142

9.2.2 Энергетическое разрешение.145

9.3 Координатное разрешение.148

9.4 Моделирование изображения фокусного пятна зеркальной системы телескопа СОДАРТ на детекторе ФРД.151

10. МОНИТОР «СПИН-Х».153

10.1 Введение.153

10.2 Описание монитора «Спин-Х».154

10.2.1 Детектор.156

10.2.2 Оптическая схема. .158

10.2.3 Моноблок электроники. .158

10.3 Моделирование наблюдений монитором «Спин-Х».159

10.3.1 Модель.159

10.3.2 Регистрация гамма-всплесков. .161

10.3.3 Долговременные наблюдения постоянных источников. .165

10.3.4 Регистрация рентгеновских вспышек. .166

ЗАКЛЮЧЕНИЕ К ЧАСТИ III.168

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.169

Часть I

Астрономический Рентгеновский Телескоп

АРТ-П

ОБСЕРВАТОРИЯ «ГРАНАТ»

В начале 80-х годов четыре страны СССР, Франция, Дания и Болгария приступили к разработке комплекса научной аппаратуры для проекта высокоапогейного спутника «Гранат». Предполагалось сделать специализированную астрофизическую обсерваторию, включающую семь приборов: французский гамма-телескоп с кодированной апертурой «Сигма», рентгеновский телескоп с кодированной апертурой АРТ-П, рентгеновский спектрометр АРТ-С, датский рентгеновский монитор всего неба WATCH, два гамма -всплесковых детектора «Конус» и французский PHEBUS и комплекс приборов на поворотной платформе «Подсолнух», который разрабатывался совместно со специалистами из Болгарии.

НПО им.С.А.Лавочкина отвечало за разработку космического аппарата, в основу которого был положен последний из двадцати шести аппаратов серии «Венера».

Первого декабря 1989г. обсерватория «Гранат» была выведена на орбиту ракетоносителем «Протон». Орбита имела следующие параметры: апогей - 200000 км, перигей 500 км, период - 4 суток, наклонение 51°.5. Космический аппарат имел трехосную «солнечно-звездную» ориентацию, точность наведения 5', точность стабилизации ±30'. Раз в сутки с Земли проводился 4-х часовой сеанс связи во время которого осуществлялось управление космическим аппаратом, переориентация аппарата на новый объект исследования и сбор научной информации, которая накапливалась в дежурном режиме между сеансами связи. Каждые четвертые сутки аппарат приближался к Земле и на время прохождения радиационных поясов Земли комплекс научной аппаратуры отключался.

Обсерватория «Гранат» проработала на орбите 9 лет, вместо гарантированного одного года. Более 500 сеансов наблюдения были выполнены рентгеновским телескопом с кодированной апертурой АРТ-П.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ К ЧАСТИ III

В ходе большой коллективной работы при непосредственном участии автора были разработаны и изготовлены два прибора - фокальный рентгеновский детектор ФРД телескопа СОДАРТ и широкоугольный рентгеновский монитор «Спин-Х» проекта «Спектр-Рентген-Гамма».

В ходе этой работы были решены следующие задачи:

- разработана и изготовлена многопроволочная пропорциональная камера, имеющая улучшенные характеристики, энергетическое разрешение -17% на энергии 6 кэВ и пространственное разрешение ~0.6 мм (FWHM) (и в том и в другом случае в ~1.5 раза лучше чем у МПК телескопа АРТ-П), ~30% эффективность регистрации излучения на энергии 2 кэВ;

- разработан детектор, имеющий 1/65536 с временное разрешение (выше в 256 раз чем у телескопа АРТ-П), 25 мкс «мертвое» время (в 23 раза ниже чем у телескопа АРТ-П), записывающий непрерывно полезную информацию в бортовую память без каких-либо перерывов со скоростью до 104 отсч/с;

- разработан фокальный детектор телескопа СОДАРТ который в сочетании с зеркальными системами имеет максимальную эффективную площадь ~830 см2 на энергии 6.4 кэВ и >20 см2 в диапазоне энергий 1.4-20.7 кэВ, чувствительность -З.ЗхЮ"6 Краб (или ~10"13 эрг с"1 см"2) на уровне 5а за время экспозиции 104 с (в 300 раз чувствительнее телескопа АРТ-П), возможность наблюдать в поле зрения один яркий рентгеновский источник с потоком до ~5.2 Краб (или ~1.7х10"7 эрг с"1 см"2);

- на основе вновь разработанной многопроволочной камеры разработан широкоугольный рентгеновский монитор «Спин-Х» с использованием апробированных методов кодированной апертуры;

- выбрана оптимальная оптическая схема с неполным кодированием, учитывающая поле зрения, угловое разрешение, линейные размеры и пространственное разрешение детектора для регистрации и локализации источников гамма-всплесков, обзора больших участков неба в поисках новых транзиентных источников и долговременных наблюдений ярких Галактических источников, в том числе рентгеновских барстеров.

- создана математическая модель монитора «Спин-Х», учитывающая оптическую схему телескопа и реальные характеристики детектора, проведено моделирование методом Монте-Карло функциональных возможностей монитора «Спин-Х», показано, что ожидаемое количество гамма-всплесков, которые сможет зарегистрировать и локализовать прибор «Спин-Х», составляет величину 10 вспл./год.

1. Абли (Abies J.G.) // Proc. of the Astron. Soc. of Australia, 1968, v.4, p. 172.

2. Аптекарь и др. (Aptekar R.L., Golenetskii S.V., Ilyinskii V.N. et al.) // AIP Conf. Proceed. 1992, V.265, P.317.

3. Аушенбах (Aschenbach B.) // Proc. 31st SPIE Annual International Symposium, San Diego, Calif., Aug. 1987.

4. Бабалян Г.Г., Павлинский M.H., Ямбуренко H.C., и др., П Препринт ИКИ АН СССР, Пр-173 8, 1991.

5. Базинска и др. (Basinska Е., Lewin W., Sztajno М. et al.) // Astrophys.J., 1984, v.281. p.337.

6. Бали и Левенталъ (Bally J., Leventhal M.) // IAU Circ., №5228, 1991.

7. Белиан и др. (Belian R., Conner J., Evans W.) // Astrophys. J. (Letters), 1976, v. 206. p.35.

8. Бринкман и др. (Brinkman А.С. et al.) // Non Thermal and Very High Temperature Phenomena in X-ray Astronomy, (eds Perola G.C., Salvati M.), Roma: Instituto Astronomico, Univerita "La Sapienza", 1985, p.261.

9. Боррелъ и др. (Borrel V., Bouchet L., Jourdan E., et al.) // Astrophys. J., 1996, v.462. p.754.

10. Буше и др. (Bouchet L., Mandrou P., Roques J.P., et al.) // Astrophys. J., 1991, v.383. p.45.

11. Бэнд и др. (Band D., Matteson J., Ford L. et al.) // Astrophys. J., 1993, v.413, p.281.

12. Вайнштейн Л.А. и Сюняев PA. II Письма в Астрон. журн. 1980, т.6, с.353.

13. Байт и др. (White N., Stella L. Parmar A.) // Astrophys.J., 1988, v.324, p.363.

14. Ван Парадайз (Van Paradijs J.) // Nature, 1978. v.274. p.650.

15. Ван Парадайз и др. (Van Paradijs J., Verbunt R., Van der Linden Т., et al.) // Astrophys. J. (Letters), 1980, v.241. p. 61.

16. Ван Парадайз (Van Paradijs 3.) // «Х-ray Binaries» (eds. Lewin W., van den Heuvel, van Paradijs J.), Cambridge Univ. Press, 1995, p.536.

17. Ватсон и др. (Watson M., Willingale R., Grindlay J., Hertz P.) // Astrophys. J., 1981, v.250. p.142.

18. Вебинк (Webbink R.) // «Dynamics of Star Cluster», IAU, eds. Goodman J. and Hut P., 1985, p.541.

19. Вейскопф (Weisskopf M.) // Proc. SPIE, 1993, v. 1742, p.2

20. Вестегаард и др. (Westergaard N.J., Polny J., F.E., Christensen F.E., et al.) // Proc. SPIE 3113 (eds Hoover R. and Walker A.B.). 1997.P.458.

21. Вильсон и др. (Wilson A., Carpenter G., Eyles C., et al.) // Astrophys. J., 1977, v.215. p.lll.

22. Вихлинин. (Vikhlinin A.) // Astrophys. J., 1998, v.505, p.12322