Модели генерации гамма-излучения в источниках космических лучей тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.02 ВАК РФ

г " Л

( о (;,;

Г; Г .- ,' "; ; ЕРЕВАНСКИЙ физический институт

Атоян Армен Манукович

МОДЕЛИ ГЕНЕРАЦИИ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ В ИСТОЧНИКАХ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ

> Специальность:

А.04.02 - Теоретическая физика А.04.16 - Физика ядра, элементарных частиц и космических лучей

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

ЕРЕВАН - 1996

ьгьчиъь ъьяь^иоь ьъиэьзпм

Ир1цш11 1Х|пГЫ1 и"ш1пи1111 ЗЬЬДЬРи^иЪ ¿ШШШО/ГЬЬРЬ иаРЗПЬРЪЬРПЫГ

аииии ¿ип-иаивв-ит, иаияиоииъ ипаъцъър

и. 04. 02 - «шЬиш1)ш11 ЗДпМш», II и. 04,. 16 - «11|15>1н1||>, шшр|1ш1{шТ| 1ГщиТф1)ТЛр]1 и П11П,||1.|Шг1|ц|Т| Л1Д1)ШНШЛ»Ы;р]1 ф]»ц{11[гл» (Гш и!тк|!» ш шрлиТПФрп^

Ф|1'||11|Ш1ГтрЬ(Гшт||1|ш1|ш1| ч1нпшр[т1)М.р|1 1Ц|1рнпр|1 <|||шш1|ш1| чнтфЛшТф ЬшкиГши шшМшфшишрриЬ

иьчииаьг

ьръчиъ - юзе

ЕРЕВАНСКИЙ ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Атоян Армен Манукович

МОДЕЛИ ГЕНЕРАЦИИ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ В ИСТОЧНИКАХ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ

(,'пециалыгос.ть: А.04.02 - Теоретическая физика А.04.16 - Физика ядра, элементарных частиц и космических лучей

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

ЕРЕВАН - 1996

ьрьчиъь аьаь^иоь ьъивьзпья

арп|ш11 Ц^нГЫ! 1Гш1пп!1|1

змздьривдъ кип-ич-иога-ъърь иарвпьръьрпьи «гашти ¿тшиаивютаъ ипияиоииъ ипаъ1.ъьр

и. 04. 02 - «ш1нш|1|и|1| ф|ц111|Ш», II Ц. 04.1 В - «(Г|1у|||1||), и11нр|)11)1)1ц11 (ГшиТф||Т|1;р1) и п|||1,1|1,|пл1|и|Т| Лип)Ш<|ШллМ;р11 $|и||11{ш» ■ГипПшкфшшр^иЪЪЬрш!

ф|)1||11]|.шГшрЬ[Гш1п|11|ш1рнТ| г||||Щ)1|л |шТ|Т]1.(||| ||п1рц|>]||| [|||1пш1ри1| Ш111л||Л1и1ф 1ш1)гцГп[Ъ. ц|ш1,1|п1|ц|)пп1|,»|ц|1г

иьт а а а ь р

ыч;чич.

- 1000

Работа выполнена в Ереванском физическом институте Официальные оппоненты:

доктор фиэ.-мат. наук, академик НАН РА д.м. седг'акян (ЕГУ) доктор фиэ.-мат. наук, профессор в.А. догель (ФИАН РФ) доктор фиэ.-мат. наук А.А. чилингагян (ЕрФИ) ведущая организация: Ереванский государственный университет (кафедра теоретической физики)

Защита состоится 4 нюня 1996 г. в ¿4 часов на заседании Специализированного совета 024 при Ереванском физическом институте (375036, Ереван, ул. Братьев Алиха-нян)

(' диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЕрФИ. Автореферат разослан -2> мая 1996 г.

Ученый секретарь

(Специализированного совета, .Маргарян

и21ишшш11ЕЦ щшифшшш1Ь[ I; Ьр1нп1ф ф^р^р ЬЬпифиишппп! •ЧшэтпЬгаЦш!! цТщ^ит^тпТхЬр. ЗфцлГшр. ^{ипмррнТлТЛрЬ цп1рппр,

<,<, чи ш^тацЬтф^пи а.и. иьагичвиъ сь1*ц:> ¡Мщдкчр. цп'^ппр, щрпфЬппр Ч.П. 'ЬПЧ-Ы. СЪМГЪ, ПЪЭ

з>мд[шр. ч1ипшр]пЛ№р}1 пп'рппр а,а. эм.ьъадгваъ с ьрзью

ипш^шшшр (¡шз'гГшЦЬрщшвдшЬ. Ьр1)ш1ф щЬшш^ш!; ¡ишХицищршТф

11)Ьпш11таЪ $}1(11111ш;11 ш^р^пЪ

ЬрЪщТф ЭДгМпщЬ ^ишфтпппф СЬр1га11, и^итаТцшЪ ЬцрицрЛЛрр ф. 024, 1Гш«11шч^шш11ш11 1ипрЬрцпаГ:

11 шЬЛпя[и пи тр ]шЬц ^шрЗД 1; йгаТтршТнщ ЬрЬЬ-^ дршцшршТшп! иЬ1ц1шч11рц шстарфий К 1 озер ииц[ш11 3

1Гши11ик[111пш11ш11 {ипрЬрцр . ^ ^

Я}1шт1[гаТ1 ршртпщшр (.А А у ■—А 11Ш7шр-;'~Р.ги1!

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Исследование процессов, происходящих в источниках космических лучей (KJI), галактических и внегалактических ускорителях релятивистских частиц, таких как пульсар;,i, сверхновые, активные галактики и др., имеет большое значение, поскольку как экстремальные физические условия, которые достигаются в этих объекта* (плотности энергии электромагнитных и гравитационных полей, тепловой и релятивистской плазмы, и т.д.), так и огромные пространственно-временные масштабы, при которых только и возможно ускорение частиц до сверхвысоких энергий, являются принципиально недостижимыми в лабораторных условиях. Практически единственной возможностью получения непосредственной информации о происходящих в этих объектах процессах является регистрация электрически нейтрального излучения, поскольку регистрация KJI в окрестности Земли дает лишь косвенную и усредненпую по источникам (в основном лишь галактическим) информацию. В этой связи следует отметить большой вклад радиоастрономии, которая дает информацию о синхротронном излучении электронной компоненты непосредственно в источниках KJI. Однако, наиболее ценную информацию о происходящих в источниках KJ1 процессах, вероятно, следует ожидать из области гамма-астрономии, с развитием которой связаны основные надежды на непосредственное зондирование источников KJ1 (отметим недавние впечатляющие достижения спутника-обсерватории Compton GRO).

В настоящее время в различных диапазонах электромагнитного излучения накоплен значительный объем экспериментальных данных, прямо либо косвенно свидетельствующих об эффективном ускорении релятивистских частиц в различных галактических и внегалактических объектах. Так, исследования больших выборок ядер активных галактик и квазаров (далее - ЯАГ) выявили существенную корреляцию светимостей этих источников от радио до рентгеновского диапазонов, что свидетельствует не только о едином первоисточнике энергии, но и нетепловом (т.е. не связанном с тепловой плазмой) механизме генерации электромагнитного излучения. Прямым свидетельством релятивистских частиц в этих объектах явилось наблюдение мощного 7-излучения в области высоких энергий, Е-, > 100 МэВ, обнаруженное во второй половине 70-ых годов спутником COS В от квазара ЗС 273, и недавно зарегистрированное от целого ряда других квазаров детектором EGRET на спутнике GRO. При этом мощность энерговыделения этих источников в 7-лучах оказывется сравнимой либо даже превосходит суммарную мощность электромагнитного излучения во всех остальных диапазонах, последовательное объяснение чего оказывается достаточно проблематичным.

Интерпретация 7-излучения галактических источников также связана с разрешени-

см значительных проблем, из которых отметим прежде всего проблему ускорения релятивистских частиц и связанную с чтим общую проблему происхождения космических лучей. Сообщения в 80-ых годах о регистрации 7-излучения в области энергий > 1 ТэВ ( 1 ТэВ = 10" эВ) и ~ 1015 эВ от таких источников, как рентгеновские двойные Cygnus X-3 и Hercules Х-1, непосредственно свидетельствовали о возможности эффективного ускорения KJ1 в галактических источниках до сверхвысоких энергий. В дальнейшем, однако, появились существенные сомнения в достоверности этих сигналов, обязанные, в частности, также и трудностям теоретической интерпретации полученных данных. Следует отметить, что некоторые проблемы, такие как проблема источников гамма-всплесков, поставленные гамма-астрономией перед теоретической астрофизикой высоких энергий, представляются в настоящее время просто неразрешимыми. Предлагаемые для интерпретации полученых данных теоретические модели зачастую окалываются в состоянии объяснить лишь ограниченную часть данных, и не учитывают последовательным образом ни возникающие энергетические проблемы, ни возможные "побочные" эффекты (связанные, например, с искажением спектра 7-квантов при их выходе из области генерации наружу).

Очевидно, требуются значительные теоретические исследования для построения целостной картины релятивистских процессов, происходящих в различных источниках космического гамма-излучения. В данной диссертации проведено обобщение работ, выполненных автором в этом направлении.

Основная цель этих работ - качественное и количественное исследование процессов генерации и переноса нетеплового электромагнитного излучения в космических источниках гамма-излучения, и разработка моделей этих объектов, способных объяснить, по возможности наиболее полным образом, имеющиеся наблюдательные данные, а также понять, какую информацию об источниках КЛ молено ожидать от наблюдения гамма-излучения в различных диапазонах, от умеренных до сверхвысоких энергий.

Научная новизна диссертационной работы определяется тем, что большинство исследованных в ней моделей генерации и переноса гамма-излучения были предложены и разработаны впервые в работах автора. Именно:

- исследованы спектральные характеристики частиц, рождающихся при двухфотон-ной аннигиляции изотропной (е~,е+) плазмы, а также при обратном процессе - фоторо-жденни (е~,е+) пар при 7 — 7 столкновениях;

- детально исследованы эффективности и спектральные характеристики различных механизмов генерации 7-излучения в Крабовидной туманности; выдвинута гипотеза о возможности эффективного усиления вклада тормозного излучения релятивистских электронов в Крабовидной туманности в результате проникновения и частичного удержании

релятивистских электронов в областях с.ловышенной плотностью газа;

- введено понятие, определена система уравнений, и исследованы характеристики электрон-фотонного каскада второго типа (ЭК-2), инициируемого в ядрах активных галактик релятивистскими нейтронами.

- предложен итерационный метод решения системы каскадных уравнений, позволяющий численно исследовать развитие стационарных электромагнитных каскадов в огромных

динамических диапазонах по пространственным и энергетическим переменным; »

- предложена и исследована модель аккреционного плазменного турбулентного реактора (АПТР) в ЯАГ;

- предложена модель "облако-мишень под пучком релятивистских частиц", и объяснены в рамках этой модели на качественном и количественном уровнях все особенности эпизодического аномально пульсирующего 7-излучения, наблюдаемого от рентгеновских двойных звезд;

- проведены расчеты электрон-фотонного каскада, развивающегося одновременно в веществе, в фотонном поле, в магнитном поле. Исследована эволюция во времени спектров электромагнитного излучения изначально плотного расширяющегося облака на разных стадиях его развития.

- исследована эволюция во времени и модификация спектров космических лучей в окрестности точечного источника в результате зависящего от энергии частиц диффузного распространения в межзвездной среде;

- в рамках предложенного двухкомпонентного подхода к интерпретации спектров электронов в составе КЛ впервые показано, что в области высоких энергий естественно ожидать аномально высокое (по сравнению со вкладом лишь вторичных позитронов) отношение е+/е~ -(- е+, если зарядовый состав первичных электронов локальной (Ь-) компоненты отличается от состава С!-компоненты.

- детально исследована эволюция во времени спектральных потоков высокоэнергичпого гамма-излучения, которые можно ожидать из окрестности дискретных ускорителей КЛ в диапазоне от высоких до сверхвысоких энергий.

Практическая ценность данной диссертационной работы заключается в том, что развитые в ней модели и подходы в состоянии объяснить широкий круг имеющихся наблюдательных данных от различных типов источников КЛ, и могут быть использованы как для дальнейших теоретических разработок и исследований происходящих в них высокоэнергичных процессов, непосредственная и наиболее ценная информация о чем может быть получена именно в диапазоне гамма-излучения, так и для обоснованного выбора наиболее перспективных для наблюдений астрофизических объектов. Так, проведенные исследования различных механизмов генерации 7-излучения Крабовидной

туманности обнаруживают, что в гамма-астрономических данных от этого источника . содержится весьма интересная информация о среднем магнитном поле, а также о характере взаимодействий релятивистских электронов и магнитного поля с плотными фи-ламентами ("волокнами") в туманности, ответственными за наблюдаемое линейчатое оптическое излучение. Интерпретация аномальных свойств эпизодического -¡(-излучения от рентгеновских двойных в рамках модели "облако-мишень под пучком релятивистских частиц", а также вычисленная в рамках этой модели динамика необычно жестких спектров ТэВ-ного 7-излучения (объясняющие на качественном уровне возможную причину исчезновения пульсирующего сигнала из первоначальных наблюдательных данных после их соответствующей обработки), могут явиться достаточным стимулом для возрождения интереса к целенаправленному наблюдению и исследованию этих объектов. Дальнейшее развитие модели "облако-мишень под пучком релятивистских частиц" в применении к другим классам ускорителей КЛ, и связанная с ней разработка теории электромагнитных каскадов, развивающихся в изначально плотной эволюционирующей мишени, могут привести к формированию нового единого подхода к исследованию нестационарных явлений в различных астрофизических объектах с масштабом переменности от долей секунды до сотен и более лет.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Рассчитаны спектральные характеристики и эффективность генерации и поглощения гамма-излучения изотропной среде в процессах фоторождения и аннигиляции (е-, е+) пар, а также неупругих р — р столкновений в неравновесной аккреционной плазме.

2. Проведено детальное исследование роли различных механизмов генерации гамма-излучения в Крабовидной туманности в рамках предложенной двухкомпонентной модели для релятивистских электронов; выдвинута гипотеза о возможной высокой эффективности тормозного излучения "радио" электронов в области выше 1 ГэВ.

3. Предложена модель ядер активных галактик с инжекцией релятивистских протонов и образованием релятивистских нейтронов в области основного энерговыделения.

4. Дано определение и разработана модель электрон-фотонного каскада второго типа (ЭК-2), инициируемого в ядрах активных галактик релятивистскими нейтронами. Предложен итерационный метод для численного решения системы стационарных каскадных уравнений, позволяющий исследовать развитие электромагнитных каскадов в огромных динамических диапазонах по пространственным и энергетическим переменным.

5. Для ЯАГ предложена модель аккреционного плазменного турбулентного реактора (АПТР) с распределением релятивистских электронов максвелловского типа.

6. Предложена модель "облако-мишень под пучком релятивистских частиц" для рентгеновских двойных звезд; исследована эволюция во времени спектров электромагнитного

излучения изначально плотного расширяющегося облака на разных стадиях его развития; показана возможность использования данного подхода также для интерпретации некоторых особенностей гамма-всплесков высоких энергий.

7. Педложен двухкомпонентный подхода к для корректной интерпретации спектров электронов в составе КЛ; показано, что в области высоких энергий естественно ожидать аномально высокое (по сравнению со вкладом лишь вторичных позитронов) отношение е+/е~ + е+, если зарядовый состав первичных электронов локальной (Ь-) компоненты отличается от состава С-компоненты. Предсказывается высокая вероятность обнаружения нерегулярностей в полном спектре электронов в области Е 100 ГэВ.

8. Детально исследована эволюция во времени и корреляции спектральных потоков космических лучей, а также гамма-излучения в диапазоне от высоких до сверхвысоких энергий, которые можно ожидать из окрестности дискретных ускорителей КЛ.

Публикации. Представленные в диссертации результаты опубликованы в 30 работах автора, список которых приведен в конце данного автореферата.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на 19-ой, 21-ой, 24-ой Международных конференциях по космическим лучам (Ла Иолла, 1985; Аделаида, 1990; Рим, 1995), на 29-ом Европейском Симпозиуме ЕЯЬАВ в Нидерландах (Норвайк, 1995), на международном рабочем совещании "Релятивистские адроны в компактных космических объектах" в Польше (Конинки, 1990), на всесоюзных и республиканских конференциях и совещаниях, на семинарах в ЕрФИ, ЕГУ, ФИАН им.Лебедева, ЛФТИ им.Иоффе, МИФИ, НИЯФ МГУ, и др.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из общего введения, семи Глав и Заключения. Список использованной литературы включает 198 наименований. Диссертация изложена на 130 странице (компьютерный формат 12рЬ), и включает 26 рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении поводится краткое обсуждение актуальности проблем, рассмотренных в диссертации, и освещается круг вопросов, изложенных в отдельных главах диссертации.

ЬГ Первая Глава диссертации посвящена обсуждению ряда основных процессов генерации и поглощения непрерывного петеплового гамма-излучения (в отличие от линейчатого, в результате различных ядерных переходов в горячей плазме), регистрация которого, особенно в области высоких энергий Е > 100 МеУ, является прямым свидетельством

релятивистских частиц в источнике. Основное внимание уделялось процессам, которые наиболее важны прежде всего в компактных источниках, отличающихся высоким значением отношения светимости Ь, к размеру Я, источника, и соответственно, высокой . плотностью фотонного поля.

К этим процессам прежде всего следует отнести процесс генерации жесткого электромагнитного излучения в результате обратного комптоновского рассеяния (далее ОКР) релятивистских электронов в окружающем поле низкочастотных фотонов. Характерной особенностью этого процесса, детально исследованного многими авторами является то, что возникающие в результате ОКР спектры электромагнитного излучения существенно зависят от параматра Ь = 47е0, где 7 - Лоренц-фактор электрона, а ед = к1/0/тес2 - энергия рассеиваемого фотона (в единицах энергии массы покоя электрона). В Томсоновском режиме, который соответствует Ь -С 1, процесс ОКР является наиболее эффективным, с полным сечением рассеяния стт = (8я-/3)г2 = 6.65 х 10-25ст2 (Томсоновское сечение; г„ -классический радиус электрона). Краткое обсуждение процесса ОКР проводится в § 1.1. диссертации.

Важным каналом взаимодействия 7-квантов в компактных астрофизических объектах является их поглощение в процессе фотон-фотонных столкновений с образованием электрон-позитронных пар: 7 4- 7 —» е~ + е+- В § 1.2 приводятся результаты аналитических вычислений и анализ спектров (е~,е+) пар, рождающихся при поглощении 7-в изотропном поле низкочастотных фотонов.

Далее в §1.3 исследуется процесс двухфотонной аннигиляции (е~,е+) пар. В частности, показано, что ~ 10 — 20% релятивистских позитронов может аннигилировать "на лету" (вне областей ускорения), основная же часть позитронов может аннигилировать только после термализации в окружающей среде. Важным астрофизическим приложением этого эффекта является то, что из сравнения интенсивностей непрерывного 7-излучения и узкой аннигиляционной линии 0.511, наблюдаемых в направлении центра Галактики, следует, что характерная энергия инжекции позитронов в межзвездную среду не превосходит ~ ЮМэВ, что позволяет существенно ограничить круг моделей источников этих позитронов, и в частности, исключить из рассмотрения модели, предполагающие в качестве источника позитронов пульсары в центре Галактики.

В § 1.3 обсуждается также излучение оптически тонкой (е~,е+) плазмы. В частности, получено удобное аналитическое выражение для спектрального коэффициента аннигиля-ционного излучения (¡{() (т.е. интенсивности излучения в единице объема, в 4тг) тепловой (с~, е+) плазмы с произвольной температурой 0 = кТг/тгс2. электронов. Это выражение корректно'-описыбает эффект "голубого смещения" аннигиляционной линии 0.511 МэВ, согласно которому максимум аннигиляционного излучения тепловой (е_,е+) плазмы соответствует энергии ешах = 1 + «0 с а = 3/4 (в единицах массы покоя электрона).

В источниках с достаточно высокой плотностью вещества эффективным каналом генерации непрерывного 7-излучения могут быть неупругие взаимодействия высокоэнергичных протонов с образованием и распадом тг°-мезонов: р + р —* X -{- ж0 —> X + 27. Для рождения пионов в этой реакции требуется кинетическая энергия протонов > 150 МэВ. Предполагалось, что этот механизм генерации 7-излучения может быть эффективным для плазмы, нагретой при аккреции на нейтронную звезду или черную дыру до температур кТ ~ 10 МэВ. В § 1.4 рассмотрена проблема установления равновесного (максвеллов-ского) распределения частиц в первоначально неравновесной нерелятивистской плазме. Найдено аналитическое решение уравнения, описывающего эволюцию во времени высокоэнергичной (Е кТ) части функции распределения частиц, из которого следует, что время те установления максвелловского распределения в области Е кТ значительно превышает время to установления теплового равновесия в области характерных энергий Е ~ кТ: те — to(E/kT)3/2. Использование этого выражения, в частности, для аккреционной плазмы позволяет сделать вывод о том, что генерация гамма-излучения в тепловой плазме при аккреции на нейтронную звезду или предполагаемую черную дыру является значительно менее эффективным процессом, чем предполагалось ранее.

Глава 2 диссертации посвящена детальному исследованию различных механизмов генерации 7-излучения в Крабовидной туманности. Этот источник, с характерным размером го — 2 пк, на расстоянии d ~ 2 кпк, является одним из наиболее изученных объектов в нашей Галактике, и вероятно, наилучшей космической лабораторией для исследования релятивистских процессов в источниках КЛ. Ускорение на фронте ударной волны, отстоящей от пульсара Краба на расстоянии г, ~ 0,1 пк, может в принципе привести к максимальным энергиям электронов ~ 3 х 10'5 эВ, что достаточно для интерпретации наблюдаемого 7-излучения вплоть до Е^ < 1 ГэВ как синхротронного излучения. В области же более высоких энергий наблюдаемое 7-излучение обычно приписывается одному лишь процессу ОКР.

Распределения яркости в радио - оптическом диапазонах указывают, что в центральной г < 0.5 пк области Краба магнитное поле В (г) возрастает. Такое поведение поля естественным образом объясняется в рамках магнитогидродинамической (МГД) модели распространения электронов в туманности, которая используется (в §2.2) для вычисления пространственного распределения высокоэнергичных электронов, инжектируемых в туманность на фронте стоячей ударной волны. Показано, что следует различать две популяции релятивистских электронов в Крабовидной туманности, именно: (а) электроны очень высоких и сверхвысоких энергий, инжектируемые в туманность в настоящее время; и (б) электроны с энергиями Е < 100 ГэВ, ответственные за синхротронное излучение от радио до инфракрасного (ИК) диапазона, которые являются "реликтовыми"

для Краба, и вероятно, отражают историю эволюции Крабовидной туманности. В рамках такой двухкомпонентной модели возможно обеспечить хорошее согласие спектров синхротронного излучения с наблюдательными данными в широкой области частот от 107 до ~2 х 1023 Гц (~ 1ГэВ).

Генерация гамма-излучения более высоких энергий обычно связывалась лишь с процессом ОКР релятивистских электронов в поле синхротронного излучения, а также в поле теплового ИК излучения пыли в туманности, и в поле реликтового микроволнового излучения 2.7 К. Проведенный в §2.3 анализ показывает, что форма спектров ОКР излучения туманности оказывается очень устойчивой относительно изменения модельных параметров в пределах, допустимых для объяснения наблюдаемого спектра синхротронного излучения. Это связано с. почти однозначной зависимостью формы спетров электронов в туманности от формы спектра наблюдаемого синхротронного излучения.

Комптоновское излучение в области ГэВ-ных энергий генерируется "радио" электронами, которые ответственны за синхротронное излучение в субмиллиметровом-ИК диапазоне с. показателем дифференциального потока <5Г ss 1.3. Излучение же ТэВ-ных энергий генерируется электронами, ответственными за мягкое рентгеновское излучение Крабовидной туманности со спектральным индексом <?х ~ 2.1. В этих условиях абсолютные значения потоков ОКР излучения зависят практически лишь от величины среднего поля В0 в Крабовидной туманности. В частности:

/у.-»О*), иг-(С,

P,,>lTeV,»9><,0-"(j7|L_)""',(f)-'.m-,-., . (2)

где 0см га 3' - характерный угловой размер туманности. В поле Во — 3 X 10~4Гс, соответствующему условию равнораспределения энергий магнитного поля и релятивистских электронов, поток ТэВ-ного комптоновекого излучения согласуется с результатами наблюдений Whipple других групп. Однако, поток 7-излучения в области (1-10) ГэВ оказывается существенно (на фактор 4-5) ниже результатов наблюдений EGRET.

Если наблюдаемое EGRET в области > ГэВ излучение генерируется в самой туманности (а не является непульсирущей компонентой излучения непосредственно пульсара), то остается предположить, что оно обязано релятивистским частицам, взаимодействующим с окружающим газом. Тогда естественным механизмом можно было бы считать тормозное излучение "радио" электронов. Однако, средняя плотность газа в туманности, п ~ 5 см-3 может Обеспечить не более 10% потока EGRET.

В действительности, в Крабовидной туманности газ сосредоточен преимущественно в тонких волокнах филаментах ("волокнах"), ответственных за наблюдаемое в

Log(E/eV)

Рис. 1: Полный спектр высокоэнергичного гамма-излучения Крабовидной туманпости (жирная сплошная линия), в предположении эффективной плотности газа псп = ЮОсМ-3 для тормозного излучения (штрихованная линия), ('пектр тормозного излучения, соответствующий средней плотности газа » = 5см~3, показан штрих-пунктирной линией.

оптическом-ИК диапазоне линейчатое излучение, где плотность газа rtf ~ 103 см-3. Как показано в § 2.4 диссертации, эффективная плотность газа которую "видят" релятивистские частицы в сильно неоднородной среде, может быть значительно выше средней ri, если в областях с повышенной плотностью их средняя скорость распространения меньше.

На рис.1 жирной линией приведен суммарный спектр 7-квантов в результате син-хротронного ("S"), обратного Комптоновского ("1С") и тормозного излучений в случае neff = 20 х п = 100 см-3 (штрихованная линия). Хорошее согласие с имеющимися в настоящее время экспериментальными данными очевидно. Заметим, что в области выше 1 ТэВ поток 7-квантов обязан лишь ОКР, поэтому определение интегрального потока F(> 1 ТэВ даст возможность практически модельно-независимого определения поля До-Тестом для подтверждения Комптоновской природы излучения в области (1-10) ТэВ могут быть измерения спектров Краба с показателем степени о7 « 2.6 — 2.7. В области же (0.1-1) ТэВ вклад "усиленного" тормозного излучения является существенным, приводя к суммарным спектрам значительно более крутым (также с ра 2.6 - 2.7), чем чисто ОКР спектры (с ау « 2.2 - 2.4).

В Главе 3 исследуется модель для ядер активных галактик, в рамках которой возможно ожидать генерацию и выход из этих мощных внегалактических ускорителей релятивистских частиц наблюдаемых потоков 7-квантов высоких и очень высоких энергий.

Во вводной части Главы 3 (§3.1), одна из значительных проблем, связанных с возможностью эффективной генерации 7-излучепия, заключается в том, что первоисточ-

ник энергии излучения ЯАГ скорее всего находится в центральной области с размерами Но < Ю15 — 10,в см. В то же время, 7-кванты высоких энергий, Е1 > 100 МэВ, не могут выходить из этой области из-за их поглощения в оптически плотном поле рентгеновских фотонов. В таких источниках выходящее 7-излучение может формироваться лишь после выноса соответствующей энергии на расстояния > 10 х Яо- Перенос энергии на значительно большие расстояния необходим для объяснения потоков ТэВ-ных 7-квантов, поскольку для выхода последних из ЯАГ они должны генерироваться на значительном удалении от области формирования ИК-оптического излучения с характерными размерами ~ 0.1 — 1 пк.

В §3.2 для решения проблемы выноса энергии на периферию ЯАГ предлагается модель, предполагающая эффективное ускорение релятивистских протонов в области основного энерговыделения г0 = < 10 (в единицах гравитационного радиуса

= 20М/с2 ~ 3 х 1012 — 3 х 1014 см для предполагаемой массивной черной дыры с М ~ 107 — 109 Мв). В этих условиях, в результате неупругих взаимодействий РП с окружающей средой, является неизбежным интенсивное образование релятивистских нейтронов (РН), которые уже (в отличие от РП) не удерживаются магнитными полями, и могут выходить из области ускорения, осуществляя тем самым вынос энергии (после распада п —» р + е + Р) из области основного энерговыделения на периферию ЯАГ. Характерно, что время распада нейтрона в системе покоя ть и 900 сек соответствует длине /0 = сг0 ~ 3 х 1013 см, т.е. гравитационному радиусу черной дыры (ЧД) с массой М = 108 О, а для РН с Лоренц-фактором Г средняя длина пробега до распада составляет /„ = Г х !0, т.е. происходит в масштабах ЯАГ.

Найдено решение транспортного уравнения РН и функция генерации вторичных РП в области г > г0 с учетом процессов неупругих взаимодействий и распада нейтронов. В области г ^¡¡> г0 функция генерации имеет вид:

9р(г, Г)«Г-<^>г-2ехР(-^ , (3)

где Га = Га(г ) = 1.Ш8г.

Показано, что таким образом на периферию ЯАГ может выноситься до 1/3 мощности И7,, ~ 0.1 Мс2, инжектируемой в ускоренные РП в области основного энерговыделения (М - темп аккреции). Выделение на большом удалении от центральной массы М столь больших мощностей в форме релятивистских протонов, взаимодействующих через магнитные поля с аккреционной плазмой, может иметь существенное влияние на поведение последней,з частности, может привести к блокировке аккреции на некотором расстоянии 1'сг- Поэтому'для самосогласованности стационарной модели должно происходить достаточно быстрое охлаждение РП, в частности, в процессе неупругих р — р взаимодействий.

Половина энергии, переносимой РН, передается образующимся нейтрино и беспрепятственно выносится из ЯАГ. Остальная же часть этой энергии передается вторичным (после распада пионов) гамма-квантам и релятивистским электронам, и приводит к развитию в ЯАГ электромагнитного (т.е. электрон-фотонного) каскада (далее, ЭК).

В компактных источниках, характеризующихся так называемым параметром компактности

'■sfe»1- (4)

к числу которых относятся и ЯАГ, плотность поля "мягкого" излучения (ео <С 1) очень высока, так что спектры выходящих из таких источников 7-квантов высоких энергий1 формируются в результате ЭК. Качественно этот процесс описывается следующим образом. Гамма-квант с энергией е, поглощаясь в поле мягких фотонов с бо > 1/е, образует два электрона (е+ и е~) с энергиями 7 ~ е/2. Последние в процессе ОКР на тех же фотонах могут рождать 7-кванты нового поколения с энергиями вплоть до е' и 7. Такое дробление энергии начальных 7-квантов будет происходить до тех пор, пока каскадные 7-кванты не попадут в область энергий, соответствующих оптической прозрачности источника

Детальное исследование развития ЭК в компактных астрофизических истЬчниках проводилось в многими авторами. Практически во всех из них, однако, рассматривался ЭК, инициированный 7-квантами либо релятивистскими электронами в пространственно однородном поле фотонов (далее, ЭК-1). Каскад, инициированный в ЯАГ результате распространения нейтронов, носит качественно иной характер.

Понятие электромагнитного каскада второго рода, ЭК-2, введено в §3.3. Принципиальное отличие ЭК-2 от ЭК-1 заключается в совокупности двух факторов, именно: (1) характерная энергия начальных 7-квантов и электронов, инжектируемых на расстояниях ~ г, линейно возрастает с увеличением г; и (2) ЭК-2 развивается в пространственно неоднородном поле фотонов с плотностью, убывающей ос г-2 при г > г, (т.е. вне области формирования мягкого излучения).

В §3.3 определена система стационарных уравнений, описывающих развитие ЭК-2. Функция генерации электронов определяется интегральным уравнением с ядром, вычисляемым для заданного поля низкочастотного излучения ЯАГ. В свою очередь, функция генерации каскадных 7-квантов qy(r,f) определяется локальной плотностью электронов (быстро изотропизирующихся в окружающих магнитных полях), а также суммой различных процессов генерации высокоэнергичных 7-квантов. Система каскадных уравнений замыкается транспортными уравнениями, связывающими спектральную плотность распределения электронов пе(г,7) и гамма-квантов n7(r,f) c. соответствующими функциями генерации qr(r,7) и f).

Для решения системы стационарных уравнений ЭК-2 предложен метод, основанный на представлении полных функций п7, в ввиде суммы каскадных электронов и

7-квантов различных поколений г > 1. Указанный подход позволяет вычислить соответствующие распределения каскадных электронов и 7-квантов всех поколений по цепочке

При численных расчетах используется логарифмически равномерное разбиение осей переменных (т.е. сетка с xj+i/xj - const ~ 1.1 — 1.3), что позволяет достаточно малым

В § 3.4 получены аналитические решения для уравнения переноса излучения в случае произвольных функций генерации и поглощения в сферическом источнике, а также йн-тегрального кинетического уравнения для релятивистских электронов в общем случае произвольных (т.е. возможно и катастрофических) энергетических потерь. Эти решения используются- при численных рассчетах системы уравнений ЭК-2.

Далее в §3.5 диссертации проводится качественное и количественное исследование основных характеристик ЭК-2. Основным параметром, характеризующим "стандартный" электромагнитный каскад, развивающийся в пространственно однородном фотонном поле, ЭК-1, является параметр компактности источника / ос L,/R,. При I 1 формируется универсальный спектр выходящего 7-излучения, практически не зависящий от спектра инжектируемых электронов и/или высокоэнергичных 7-квантов, с экспоненциальным укручением выше некоторой энергии ец,, при которой источник становится оптически толстым для 7-квантов, Ту7(е > ец,) > 1.

Однако, для ЭК-2 обычное определение компактности не информативно, поскольку спектр выходящего излучения различных энергий формируется в разных масштабах по г. Средняя энергия начальных 7-квантов (и электронов), генерируемых РП, и непосредственно инициирущих ЭК-2, линейно возрастает c. увеличением г. Оптическая толща источника для этих 7-квантов оказывается равной:

где критическая светимость Ьсг г» 1.5 х 1043 эрг/с. Таким образом, для ЭК-2, для которого невозможно выделить определенный размер области формирования 7-спектров (фактически, пространственные масштабы задаются длиной пробега нейтронов, а не физическими размерами ЯАГ), "компактность" источника определяется лишь абсолютным значением Ь, ее интегральной светимости от субмиллиметрового до мягкого гамма диапазонов).

Спектры ЭК-2 отличаются отсутствием в них экспоненциального обрезания, характерного для спектров ЭК-1. В области энергий 0.1-10 ГэВ спектр ЭК-2 хорошо аппрокси-

(5)

числом точек охватить огромный динамический диапазон по шкалам г, 7, е, е0-

г<°> = LJL,

(6)

мируется степенным спектром L(Ey) ос с показателем ау = ар — 1 + 8, где поправка О < 8 < 0.1, а далее постепенно укручаются, в зависимости от L,. Сделан вывод, что для гамма-наблюдений в области очень высоких энергий более перспективными являются относительно близкие ЯАГ с умеренной светимостью, L, < 1045 эрг/с, чем далекие и мощные ЯАГ, такие, как квазары.

Другая проблема, затрудняющая регистрацию ТэВ-ного излучения от далеких ЯАГ, связана с поглощением высокоэнергичного излучения в межгалактической среде. Этот вопрос расмотрен в § 3.6.

В следующей Главе 4 диссертации рассмотрена модель аккреционного плазменного турбулентного реактора (АПТР), в рамках которой оказывается возможным интерпретировать харарактерные особенности спектров нетеплового электромагнитного излучения ЯАГ от радио-субмиллиметрового (PGM) диапазона до области мягкого гамма-излучения.

Характерной особенностью так называемых компактных радиоисточников (КРИ), к которым относятся ЯАГ, является плоская (or ~ 0) либо инвертированная («г < 0) форма их спектров (/„ ос и~°") в радио-субмнллиметровом диапазоне. В то же время, в рентгеновском - мягком гамма диапазоне спектры ЯАГ являются достаточно жесткими, с характерным ах ~ (0.6—0.8). Излучение ЯАГ в рентгеновском диапазоне сильно коррелирует с РСМ излучением, что свидетельствует в пользу нетепловых синхро-комптоновских моделей. Однако, как синхротронное, так и комптоновское излучение релятивистских электронов со "стандартным" степенным распределением приводит к одному и тому же показателю степени ау = (а, — 1)/2. Кроме того, простое предположение о наличии релятивистских электронов для ЯАГ представляется недостаточным, поскольку характерные времена радиационных потерь электронов в них существенно меньше минимально возможного времени их распространения в источнике Я/с, что свидетельствует о непрерывной инжекции/ускорении электронов по всему объему источника.

В этой связи предстявляется привлекательной идея непрерывного ускорения релятивистских электронов в плазме с развитой турбулентностью, использованная ранее в модели плазменного турбулентного реактора (ПТР), предполагающая формирование степенных спектров релятивистских электронов. В §4.2 показано,что в действительности степенные спектры электронов в моделях ПТР не. являются устойчивыми, и что при стохастическом ускорении электронов в плазме c. развитой турбулентностью формируются спектры типа релятивистского Максвелловского распределения: /(7) а 72 ехр(—7/70).

В §4.3 предложена пространственно неоднородная модель аккреционного плазменного турбулентного реактора (АПТР), формируемого при сферически симметричной аккреции плазмы с достаточным уровнем турбулентности в ЯАГ. Поскольку характерные

времена энергетических потерь релятивистских электронов очень малы по сравнению с временами их выхода из масштабов г, спектры электронов /(?•, 7) определяются лишь локальными процессами их ускорения и охлаждения. Поэтому как и ранее, возникают спектры типа релятивистского Максвелловского распределения. Однако, отличительной чертой модели АПТР является то, что средняя энергия электронов теперь является зависящей от расстояния г, и в общем случае приводится к виду:

7о(г) = 7. X гл , (7)

где 7, < 100, и А ~ (0.3 - 0.6).

Вычисления электромагнитного излучения в рамках модели АПТР (§ 4.4) показывают, что как и следовало ожидать, в области PGM формируются плоские либо инвертированные спектры (по энергии) синхротронного излучения, экспоненциально укручающие-ся в области ИК/оптических частот. Распределение синхро-комптоновского излучения в каждой точке г также является плоской функцией, простирающейся до некоторой частоты vx(r), которая, однако, аозрастагт с увеличением г. В результате, после интегрирования по объему источника, степенная зависимость 70 от г приводит к формированию степенной спектральной светимости АПТР, Lx ос и~а%, в диапазоне от УФ/рентгеновского до мягкого 7-излучения показателем степени

_ 2А- 0.025

- 4А-0.75 • (8)

Учитывая, что 0.3 < А < 0.6, получаем, что показатель степени ах ~ (0.6 — 0.8), т.е. находится в хорошем согласии с наблюдаемым спектром рентгеновского излучения ЯАГ.

В главах 2-4 рассматривались стационарные модели источников 7-излучения. Однако, значительная часть (если не большинство) этих источников должна быть, скорее всего, отнесена к категории переменных, с очень большим диапазоном масштабов переменности, начиная от долей секунды и выше. Более того, многие из них могут быть вообще лишь эпизодическими источниками космического 7-излучения. В последующих 3-х главах диссертации рассмоторены модели нестационарных источников.

В Главе 5 исследована модель "облако-мишень под пучком релятивистских частиц" для интерпретации эпизодического 7-излучения от ряда рентгеновских двойных звезд, таких как Hercules Х-1, Vela Х-1, и др. Заметим, что в настоящее время отношение к достоверности этих эпизодических сигналов является неоднозначным, и многими ставится под сомнение. Одна из причин скептического отношения связана с экстраординарными характеристиками этого излучения, которые являются достаточно общими для различных источников, и наиболее полно проявляются на примере Hercules Х-1. Именно (§5.1):

Рис. 2: Сценарий генерации эпизодического гамма-излучения в модели "движущаяся мишень пересекает пучок релятивистских частиц" для рентгеновских двойных.

(а) эпизодический характер 7-излучения, с длительностью отдельных эпизодов Д< < 1 час; (б) аномальный характер пульсирующего 7-излучения, с нерегулярным сдвигом частоты 7-пульсаций Ач = — иа относительно частоты и0 рентгеновких пульсаций; (в) отсутствие корреляций с. орбитальной фазой ф двойной системы. Более того, для затменных систем сообщалось о наблюдениях 7-эшподов также и в фазе глубокого затмения рентгеновского пульсара.

В § 5.2 предложеп сценарий модели (рис.'2). Основным модельным предположением является то, что из нормальной звезды-компаньона рентгеновской двойной спонтанно выбрасываются сгустки вещества (облака газа) с массой Мс\ < 1023, которые, в зависимости от их траектории, могут пересекать область, в которой распространяются частицы, непрерывно ускоряемые пульсаром. Под воздействием мощного пучка облако нагревается до температур < 105 К и расширяется, что приводит к быстрой эволюции его параметров. На стадии, когда облако становится прозрачным по поглощению 7-квантов, оно становится источником пульсирующего 7-излучения. Частота пульсаций аномальна из-за двойного Доплер-эффекта (отражение пульсирующего сигнала от подвижной мишени). Характерный масштаб длительности излучения определяется как временем эволюции параметров расширяющейся мишени, так и временем пересечения

мишенью области распространения пучка КЛ.

Неизбежным следствием модели является предсказание появления аномально пульсирующего теплового (чернотельного) излучения облака в оптическом-ультрафиолетовом (УФ) диапазоне одновременно с 7-пульсациями. Заметим, что феномен анамально пульсирующего эпизодического излучения от двойной Her X-1/HZ Her (и других тесных дойных) в оптическом диапазоне хорошо установлен и наблюдался неоднократно.

В § 5.3 описаны метод расчета и процессы взаимодействия, учитываемые при вычислениях спектров электромагнитного излучения облака, формируемого в результате развития в облаке электромагнитного каскада в нобычных условиях, когда на разных стадиях динамичной мишени оказывается необходимым учитывать как процессы взаимодействия в газе, так и в фотонном и магнитном полях в облаке. Далее в § 5.4 приводятся результаты конкретных чиленных расчетов обсуждение спектров электромагнитного излучения на примере источников Her Х-1 и АЕ Aquarii (катаклизмическая переменная). В рамках предложенной модели на качественном и количественном уровнях объясняются все характерные особенности эпизодического 7-излучения от этих объектов, включая наблюдаемые от АЕ Aquarii радиовспышки, а также удвоение частоты 7-пульсаций (по сравнению с частотой вращения пульсара).

В рамках модели "движущаяся мишень под пучком релятивистских частиц" можно ожидать очень разные масштабы переменности излучения (в зависимости от размеров системы, массы мишени, скорости ее движения, расстояния до ускорителя, и ее мощности), что делает интересной возможность ее дальнейшего применения для интерпретации переменного 7-излучения различных галактических и внегалактических ускорителей КЛГ В частности, возможность получения очень коротких масштабов переменности позволяет в принципе привлечь эту модель для интерпретации таких явлений, как гамма-всплески. Не претендуя на полную интерпретацию всех загадок этого явления, в § 5.5 обсуждается возможность привлечения этой модели для объяснения некоторых особенностей гамма-всплесков, таких как быстрый рост и более медленный спад интенсивности всплеска, или явление более длительного 7-излучения в области высоких энергий (по сравнению с излучением в области мягкого 7-излучения) в одной и той'же вспышке (наблюдаемых, в частности, ECJRET).

В Главе 6 исследована проблема эволюции во времени и пространстве спектров KJI в окрестности отдельного (точечного) ускорителя. Как отмечено во вводной части Главы 6 (§6.1), исследование спектров KJ1 в окрестности точечного источника в межзвездной среде представляется актуальной прежде всего для интерпретации наблюдаемых спектров релятивистских электронов. Действительно, регистрация электронов КЛ с энергией вплоть до га 2ТэВ,.время охлаждения которых в межзвездной среде ~ 105лет, означа-

г, с учетом характерного коэффициента диффузии D ~ 1028 см2/с, что их источник аходится на расстоянии не более нескольких сот парсек.

В § 6.2 приводится решение уравнения диффузии релятивистских для произвольного пектра AN(*f) электронов, инжектированных в однородную межзвездную среду, в об-ieM случае произвольных энергетических потерь Р(7), и для зависящего от энергии 7 Поренц-фактор) коэффициента диффузии D(7):

десь 7t соответствует начальной (в момент времени <о = 0) энергии частиц, которые в юмент времени t охлаждаются до энергии 7, а Raif = R&t(l,t) 2y/Dt - эффективный адиус диффузии.

На основании этого выражения, предполагая степенную форму спектра инжекции пектронов с показателем а, в § 6.2 проводится детальный анализ модификации доходя-шх до наблюдателя нестационарных- спектров частиц в процессе их диффузного рас-ространения от точечного источника. В отличие от предыдущих исследований данной роблемы, • принципиальным является учет энергетической зависимости коэффициента иффузии: D{i) = Д)(1 +7/7,)s.

Действительно, в случае 6 = 0 эффективный радиус диффузии не зависит от энергии, поэтому спектры электронов с 7 < 7cut в точке R лишь повторяют спектр инжекции пектронов (рассматриваются времена, заметно меньшие времен охлаждения). Однако, случае 8 > 0 (скорее всего, Ä ~ (0.5 — 0.6)) картина принципиально иная. В частности, случае "мгновенного" характера инжектора, в области высоких энергий будут наблю-аться степенные спектры К Л с показателем «' = о + (3/2) 6 (в случае стационорного сточника а' = а + <5).

Такое у кручение'спектра электронов оказывется принципиальным в рамках рассмо-ренной в § 6.3 двухкомпонентного подхода для корректной интерпретации наблюдаемого окрестности Земли спектра электронов, которая в области Е 3> ЮГэВ описывается оказателем а0ья = (3.1 — 3.3). Двухкомпонентная модель для первичных электронов в оставе KJ1 состоит в том, что:

i) вклад источников на больших расстояниях, R > 1 кпк, обозначаемый G-компонентой, ычисляется в рамках стандартной гипотезы о непрерывном распределении источников пространстве и во времени;

)) вклад от одного или нескольких близких и относительно молодых источников, назы-аемый L-компонентой, и ответственных, в частности, за наблюдаемый поток ТэВ-ных пектронов, вычисляется отдельно как от точечных источников.

В случае импульсивного источника в\ области энергий, соответствующих условию

Energy [GeV]

Рис. 3: Спектральные потоки электронов L-, G-, и S- компонент, показанные соответственно сплошной, штрихованной, и штрих-пунктирной линиями. Суммарный спектр показан жирной сплошной линией. Расстояние до локального "импульсивного" источника R = 100 пк, возраст t = 105лет.

Raii(E,t) R, первичный степенной спектр электронов с показателем а укручается н; величину (3/2)5. Для характерного 6 ~ 0.5 — 0,6 это соответствует тому, что спект; L-компоненты электронов будет в согласии с наблюдаемым спектром электронов К J очень высоких энергий, Е > 100 ГэВ с а0ь5 > 3, если предположить спектр инжекцш первичных электронов с разумным показателем а ~ 2.2 — 2.3.

В области Е ~ 10 Гэв отношение i,jif/ic достигает своего минимума ~ 1. Поэтому npi этих энергиях электроны, инжектируемые в межзвездную среду из далеких источников доходят до нас наиболее эффективно. При меньших энергиях tdi{/tc вновь возрастает. I результате в рамках двухкомпонентной 'G+L' модели в области Е < 10 ГэВ возникают достаточно жесткие спектры, близкие к наблюдаемым потокам электронов. Заметим что в рамках стандартных моделей с непрерывным рас пределением источников ожида ются потоки ГэВ-ных электронов, существенно превосходящие измеренные потоки в 3Toi области, но близкие к тем, которые получаются из анализа радиоданных, дающих, од нако, информацию об электронной компоненте KJI, проинтегрированную по Галактик вдоль луча зрения.

В области Е >> 10 ГэВ время радиационного охлаждения электронов <с ос 1 /Е умень шается быстрее, чем время диффузии ос Е~6, поэтому вклад от далеких источнико (G-компонен'та) в наблюдаемый поток с увеличением энергии уменьшается, в то же врем как вклад от близкого источника растет. Таким образом, в области 10 ГэВ < Е < 100 Гэ!

'ис.. 4: Зарядовый состав электронной компоненты КЛ для спектров, представленных а рис.3, в предположении, что источником L- компоненты является пульсар (инжектор ~ — е+ пар), либо сверхновая.

роисходит постепенная замена преимущественного вклада G-компоненты на вклад от i-компоненты. Однако, этот переход от С!- к L-компоненте происходит гладко и не про-вляется в полном спектре 'G+L', который во всей области энергий ЮГэВ < Е < 2ТэВ орошо аппроксимируется единой степенной функцией (см. рис.3). В то же время (§ 6.4), ели зарядовый состав L-компоненты будет отличаться от преимущественно негатрон-ого состава G-компоненты, то в области высоких энергий естественно ожидать практи-ески любое аномально высокое (по сравнению со вкладом лишь позитронов вторичного роисхождения в КЛ) отношение е+/(е~ +е+), что показано на рис.4. В §6.4 обсуждают-я также те требования, которые должны выполняться для источника (или нескольких сточников) высокоэнергичных электронов в нашей локальной окрестности.

В Главе 7 проводится детальное исследование вопроса об эволюции во времени спек-ров 7-излучения гигантских молекулярных облаков (ГМО) вблизи ускорителя КЛ в щроком диапазоне от высоких до сверхвысоких энергий.

Одним из важных результатов экспериментальной гамма-астрономии является обна-ужение детекторами COS В и EGRET нескольких десятков дискретных источников в бласти высоких энергий, Е^ > 100 МэВ в галактической плоскости, большинство из оторых пока остаются неотождествленными, видными лишь в 7-диапазоне. Поскольку нтенсивность генерации гамма-излучения определяется произведением плотности КЛ а плотность окружающего газа, то очевидными кандидатами, по крайней мере, для пределенной части этих источников представляются ГМО с характерной плотностью

я ~ 102 —104 см-3 и массами М ~ 103- 10вЛ/,.,. Заметим, однако, что практически во всех работах, посвещенных возможности генерации 7- излучения в ГМО, не рассматривался вопрос о корреляции потоков 7-квантов, ожидаемых в различные моменты времени в .разных диапазонах энергий. Между тем, весьма важно представить, какую информацию мы ожидаем в принципе получить в результате гамма наблюдений ГМО.

В § 7.2 рассмотрена эволюция потоков релятивистских протонов в окрестности молодого источника KJI. Не конкретизируя тип источника, рассматривается возможность как импульсивной ("мгновенной"), так и непрерывной инжекции KJI в межзвездную среду. Как показывают расчеты, в окрестности 100 пк от источника с энерговыделением в ускоренных протонах Wp ~ 105Оэрг потоки КЛ на определенных стадиях эволюции может значительно превышать плотность энергии галактического "моря" КЛ (предположительно, совпадающим c. уровнем КЛ в окрестности Земли). При этом, уровет превышения существенно зависит от характера источника, энергетического диапазона и коэффициента диффузии. Соответствующие спектры излучательной способности вы числены в § 7.3.

В § 7.4 вычислены потоки 7-квантов, которые можно ожидать от газовых мишене! типа ГМО вблизи молодых ускорителей КЛ (таких как остатки сверхновых или пуль сары) в разные моменты времени. При этом, обсуждается возможн<эсть расположена ускорителя как на некотором расстоянии вне, так и внутри облака. Показано, что даж> облака с параметром Ms/dlpc ~ 0.1 могут оказаться видимыми в гамма-лучах, в то вре мя как для регистрации 7-излучения от облаков в галактическом "море" КЛ требуете Ms/dlpc 3> 1. Ото обстоятельство существенно увеличивает число потенциальных источ ников как ГэВ-ного, так и ТэВ-ного 7-излучения. В случае зависящей от энергии части] диффузии КЛ в окрестности ускорителя возможны, в зависимости от величин D(E), ] и t, совершенно разные спектры 7-излучения. Поэтому регистрация 7-излучения в диа пазоне от ГзВ-ных до ТэВ-ных энергий от облаков, расположенных на различных рас стояниях от ускорителя может дать уникальную информацию о коэффициенте диффузи! D{E), а также о типе и возрасте ускорителя. В принципе, подобная информация може быть получена также и от одного гигантского облака, размеры которых могут доходит до нескольких десятков парсек, из ангишза яркостного распределения 7-излучения.

В Заключении сформулированы основные результаты и выводы диссертацк онной работы:

1. Исследованы некоторые процессы генерации и поглощения гамма излучения в космических источниках.

1.1. Исследованы спектры электрон-позитронных пар, рождающихся при поглощени гамма-квантов в изотропном поле фотонов. Получены простые аналитические выраж<

1Я для спектра (е~,е+) пар в случае моноэнергетических распределений взаимодей-гвующих фотонов, которые удобно использовать для вычисления функции генерации 1ектронов в случае произвольных спектров фотонов.

1.2. Исследован также обратный процесс, именно, генерация гамма-излучения при шигиляции (е~,е+) пар. В частности, вычислены спектры аннигиляционного излуче-ия оптически тонкой электрон-позитронной тепловой плазмы с произвольной (нереляти-ястской либо релятивистской) температурой 7i, и отмечен эффект "голубого" смешения уширения аннигиляционной линии 0.511 МэВ. Для неравневесной (е~,е+) плазмы вы-ислена доля релятивистских позитронов, ~ (10 — 20)%, аннигилирующих "на лету" до хлаждения (термализации) в окружающем газе.

1.3. Рассмотрена проблема установления равновесного (максвелловского) распределе-ия частиц в изначально неравновесной плазме. Найдено аналитическое решение урав-ения, описывающего эволюцию во времеш^выСокоэнергичной (Е >• кТ) части функции аспределения частиц. Использование полученного решения, в частности, для аккреци-пной плазмы позволяет сделать вывод о том, что генерация гамма-излучения в тепловой лазме при аккреции на нейтронную звезду или предполагаемую черную дыру является иачительно менее эффективным процессом, чем предполагалось ранее.

2. Проведен детальный количественный и качественный анализ эффек-ивности различных механизмов генерации гамма-излучения в Крабовидной •уманности.

2.1. Предложена двухкомпонентная модель для релятивистских электронов в Крабо-идной туманности, согласно которой в туманности существуют две популяции электро-ов:

(а) электроны очень высоких энергий, Е 100 ГэВ, которые ускоряются пульсаром инжектируются в туманность в настоящую эпоху Краба ("молодые" электроны);

и (б) электроны меньших энергий, Е < 100 ГэВ, которые ответственны за наблю-аемое синхротронное излучение от радио до инфракрасного/оптического диапазонов, и оставляют популяцию старых электронов ("радио" электроны).

Показано, что в рамках магнитогидродинамической модели распространения "моло-,ых" электронов и магнитного поля в туманности, предполагая ускорение электронов до ? > 1015эВ, синхротронное излучение может обеспечить хорошее согласие с наблюдае-1ыми потоками вплоть до 7-диапазона с /ц < 1 ГэВ.

2.2. Исследованы спектры гамма-излучения, генерируемого при обратном комптонов-ком рассеянии релятивистских электронов в Крабовидной туманности. Вычисления подтверждают результаты ряда предыдущих исследований в части, касающейся вывода о ©минирующей роли процесса ОКР для генерации 7-квантов в диапазоне Е > 1 ТэВ.

Впервые показано, что абсолютные значения потоков ОКР излучения определяютс: практически лишь средним магнитным полем в туманности В0, и получено просто! аналитическое выражение, дающее возможность моделыю-независимого определения В по интегральному потоку /?7(> 1 ТэВ).

2.3. Введено понятие эффективной плотности газа пея, и показано, что в среде с выра женным неоднородным распределением газа, эффективная плотность может существен но отличаться от средней плотности газа в туманности п ~ 5см~3. Впервые выдвинут гипотеза о возможности эффективного усиления вклада тормозного излучения реляти вистских электронов в Крабовидной туманности, и показано, что в случае пеп — 100 см" этим механизмом оказывается возможным объяснить наблюдаемые потоки ГэВ-ного и: лучения. Учет тормозного излучения электронов в области энергий Е ~ 0.1 — 1 Тэ1 вместе с комитоновским излучением приводит к формированию крутых степенных спеь тров с показателем г»7 = 2.7, тогда как спектр чисто комптоновского излучения в это области является значительно более жестким. Предложен ряд наблюдательных тестс для проверки гипотезы об эффективном усилении тормозного излучения, реализация кс торой связана с возможностью проникновения и частичного удержания релятивистски электронов в плотные филаменты, наблюдаемые в оптическом диапазоне.

2.4. Показано, что вклад в 7-излученйе в результате неупругих р — р взаимодействи релятивистских протонов, наличие которых в Крабе теоретически не исключено, може быть заметным в лучшем случае лишь в области сверхвысоких энергий Е 10 ТэВ.

3. Предложена модель ядер активных галактик с ускорением релятивист ских протонов в окрестности массивной черной дыры и неизбежным образ( ванием релятивистских нейтронов в неупругих взаимодействиях протонов окружающим газом и полем излучения.

3.1. Исследована проблема переноса энергии релятивистскими нейтронами из це1 тральной области основного энерговыделения на периферию ЯАГ впрлоть до 0.1 — 1 кп Показано, что при жестких спектрах ускоренных протонов с показателем степени ор ~ результирующая эффективность преобразования гравитационной энергии аккреционнс плазмы в энергию образующихся на больших расстояниях вторичных протонов (поа распада нейтронов) может достигать значений 17 ~ 0.03.

3.2. Рассмотрен вопрос, о самосогласованности предложенной модели ЯАГ. Показан что аккреция плазмы может быть стационарной лишь в случае быстрого охлаждеш распадных протонов (а) в результате неупругих взаимодействий с газом в плотных обл ках, ответственных за линейчатое оптическое излучение и/или поглощение в ЯАГ; и (1 в результате генерации ими плазменной турбулентности.

4. Дано определение определение и разработана модель электрон-фотонно

аскада второго типа (ЭК-2), инициируемого в ядрах активных галак-ик релятивистскими нейтронами, и развивающегося в пространственно-еоднородном поле фонового низкочастотного излучения.

4.1. Определена система уравнений, описывающих развитие ЭК-2 в сферически сим-етричном поле фонового излучения ЯАГ с плотностью, убывающей на больших рас-гояниях по закону nph ос г-2.

4.2. Впервые предложено аналитическое решение в общем виде интегрального ки-етического уравнения для релятивистских электронов (в однородной среде) в дельта-ункционалыюм приближении для интегрального ядра. Полученное решение дает воз-ожность исследовать спектры релятивистских электронов, формируемые как в диапа-зне непрерывных, так и катастрофических энергетических потерь.

4.3. Найдено общее аналитическое решение уравнения переноса излучения при задан-ых коэффициентах излучения и поглощения в сферически симметричном источнике.

4.4. Разработан экономичный итерационный метод для численного решения системы гационарных каскадных уравнений, позволяющий исследовать развитие ЭК-2 в огром-ых динамических диапазонах по пространственным и энергетическим переменным.

4.5. Проведено исследование влияния магнитного поля на эффективность развития пектромагнитного (электрон-фотонного) каскада в радиационно доминированной среде, [оказано, что магнитные поля на уровне равновесных (по плотности энергии) с окру-:ающей аккреционной плазмой могут привести к заметному подавлению ЭК-2 в случае ющных ЯАГ со светимостью L, > 1045 эрг/с. Особенно сильно эффект подавления кас-ада сказывается в области ТэВ-ных энергий.

4.6. Показано, что для ЭК-2 аналогом параметра компактности / ос L^/R, "стандарт-ых" электрон-фотонных каскадов (т.е. развивающихся в пространстенно однородном оле фонового излучения, ЭК-1) является интегральная светимость L, в диапазоне от убмиллиметровых до рентгеновских длин волн. Вычислено критическое значение све-имости, LrT ~ 1.5 х 1043 эрг/с, при превышении которого спектр выходящего из ЯАГ -излучения высоких и очень высоких энергий определяется развитием ЭК-2.

4.7. Предсказывается, что при одинаковой яркости в оптическом-рентгеновском диа-азоне, более перспективными для наблюдений в области ТэВ-ных энергий являются тносительно менее мощные (и близкие) ЯАГ, чем далекие и мощные источники, напри-:ер, квазары.

5. Предложена модель аккреционного плазменного турбулентного реакто-а (АПТР) с распределением релятивистских электронов максвелловского ипа для ЯАГ.

5.1. Исследована самогоглаговашюгть обсуждаемых ранее моделей ПТР со степепны-

ми распределениями релятивистских электронов, ускоряемых в результате синхротрон нон реабсорбции радиоизлучения, либо на плазменной турбулентности. Показано, чт< такие спектры электронов являются неустойчивыми, и что в процессе стохастическо го ускорения в турбулентной среде формируются спектры релятивистских электроно1 максвелловского типа.

5.2. Разработана модель аккреционного ПТР, возникающая при аккреции плазмы < развитой турбулентностью на предполагаемую черную дыру в ЯАГ. Вычислены спек тры синхро-комптоновского излучения-АПТР, и показано, что в рамках единой нетепло вой модели возможно самосогласованно объяснить наблюдаемые от ЯАГ плоские спек тры радио-субмиллиметрового излучения с показателем ar ~ 0 и убывающие степенны« спектры в рентгеновском - мягком гамма-диапазоне с показателем ах ~ 0.7.

6. Предложена модель "облако-мишень под пучком релятивистских частиц", и исследована на качественном и количественном уровнях возможность приложения этой модели для интерпретации эпизодического аномально пульсирующего 7-излучения, наблюдаемого от рентгеновских двойных источников.

6.1. Предложен сценарий генерации гамма-излучения, основанный на гипотезе о спонтанных выбросах из нормальной звезды тесной двойной системы значительных масс вещества в виде плотных облаков, которые, в зависимости от траектории своего движения могут попадать под пучок релятивистских частиц, ускоряемых нейтронной звездой (либс белым карликом в случае катаклизмической переменной АЕ Aquarii).

6.2. Проведены аналитические оценки основных параметров, описывающих динамику облака, нагреваемого мощным пучком, и на примере Hercules Х-1 показана реальность применения этой модели для интерпретации всех особенностей эпизодического аномально пульсирующего гамма-излучения ренгеновских двойных.

6.3. Впервые проведены численные расчеты электрон-фотонного каскада, развивающегося одновременно в трех средах: в веществе, в фотонном поле, в магнитном поле. Исследована эволюция во времени спектров электромагнитного излучения облака-мишени под пучком релятивистских частиц на разных стадиях развития движущейся и расширяющейся мишени.

6.4. Показано, что в рамках предложенной модели получают естественное объяснение наблюдаемые от Hercules Х-1 вспышки пульсирующего c. аномальной частотой оптического излучения, а также наблюдаемые от АЕ Aquarii радиовспышки.

6.5. Рассмотрена возможность применения модели "подвижная мишень под пучком релятивистских частиц" для интерпретации некоторых особенностей гамма-всплесков (в частности, наблюдаемых ECJRET в области высоких энергий), предполагая в качестве

источника гамма-всплесков изолированный ускоритель (пульсар), а в качестве мишени - комету либо астероид.

7. Проведено исследование ряда проблем, связанных с корректной интерпретацией электронной компоненты космических лучей.

7.1. Исследована эволюция во времени спектров релятивистских частиц в окрестности точечного источника. В частности, показано, что в результате зависящего от энергии частиц диффузного распространения спектры первичных электронов от дискретного источника претерпевают существенную модификацию за времена, значительно меньшие времени их охлаждения в межзвездной среде.

7.2. Предложена двухкомпонентная модель для первичных электронов в составе КЛ, согласно которой вклады в наблюдаемый поток электронов от источников на больших от Земли расстояниях ((¡-компонента) следует разделять от вклада ограниченного числа близких и молодых источников (Ь-компонента). В рамках этой модели удается, в частности, интерпретировать наблюдаемые в окрестности Земли жесткие спектры низкоэнергичных электронов (Е < 10 ГэВ) как следствие тормозных и ионизационных потерь энергии в процессе их распространения от далеких источников, и объяснить причину существенного расхождения между наблюдаемыми спектрами и спектрами электронов, соответствующих спектральным потокам галактического радиоизлучения, не прибегая к предположению о сильной модуляции ГэВ-ных электронов в межпланетном пространстве. В области очень высоких энергий, благодаря отмеченному эффекту модификации спектров электронов Ь-компоненты, возможно объяснить формирование мягких спектров с показателем о0ь, ~ 3.1 — 3.3. Предсказывается высокая вероятность обнаружения нере-гулярностей в спектрах электронов в области Е ;> 100 ГэВ.

7.3. В рамках предложенного двухкомпонентного подхода к интерпретации спектров электронов в КЛ впервые показано, что в области Е > 10 ГэВ следует ожидать аномально высокое содержание позитронов, если зарядовый состав первичных электронов локальной (Ь) компоненты существенно отличается от состава С-компоненты. Проводится также обсуждение различных объектов в нашей локальной окрестности в качестве возможных источников наблюдаемых ТэВ-ных электронов.

8. Исследована проблема эволюции во времени спектральных потоков высокоэнергичного гамма-излучения, которые можно ожидать из окрестности дискретных ускорителей КЛ в широком диапазоне от высоких до сверхвысоких энергий.

8.1. Вычислены спектры релятивистских протонов и соответствующие излучатель-ные способности в окрестности молодого ускорителя на различных стадиях (моментах времени ¿). Рассмотрены случаи как стационарного, так и импульсивного инжектора

КЛ. Покачано, что излучательная способность в гамма-квантах от распада тг° в окрест ностп И < 100 пк от молодого ускорителя КЛ c. энерговыделением Wp ~ 1049 — 105Оэр может существенно превышать излучательную способность галактического "моря" КЛ Показано, что это превышение будет особенно выраженным в случае относительно мед ленного распространения КЛ в окрестности ускорителя, с коэффициентом диффузш Dio < IO^cm-'V1.

8.2. Вычислены потоки 7-излучения, ожидаемого от гигантских молекулярных обла ков в случае расположения ускорителя вблизи либо внутри них. Показано, что в зави симости от расположения ускорителя и облака-мишени, типа и возраста ускорителя и коэффициента диффузии DE, можно ожидать очень различные формы спектров 7 излучения в широком диапазоне от ГэВ-ных до ТэВ-ных энергий. Показано также, чт наблюдаемые потоки 7-излучения ГэВ-ных энергий можно ожидать даже от облаков параметром А/5/<4Рс — 0.1, что резко увеличивает число потенциально наблюдаемы: ГМО в Галактике. Оба этих обстоятельства существенно усиливают аргументы в поль зу гипотезы об ассоциации многих неотождествленных источников 7-излучения, обна руженных в диапазоне высоких энергий Е > 100 МэВ спутниками COS В и EGRET i галактической плоскости, с молекулярными облаками вблизи ускорителей КЛ. Отмечет также, что более информативными для выяснения природы источников КЛ и параметро: окружающей их среды могут оказаться наблюдения 7-излучения ГМО в ТэВ-ном диа пазоне энергий.

Основные результаты диссертации изложены в следующих публикациях:

Статьи в рецензируемых журналах

1. Aharonian F.A., Atoyan À.M. "Cosmic. Gamma-Rays Associated with Annihilation о Relativistic e+ - e" Pairs" - 1981, Phys.Letters, V.99B, p.301-304.

2. Агаронян Ф.А., Атоян A.M. "К вопросу о происхождении галактического аннигиля ционного излучения" - 1981, Письма в АЖ, т.7, с.713-719.

3. Aharonian F.A., Atoyan A.M. "Oompton Scattering of Relativistic Electrons in Compacl Sources" - 1981, Astrophys. Sp. Sri., v.79, p.321-336.

4. Aharonian F.A., Atoyan A.M., Sunyaev R.A. "Radiation Spectrum of Optically Thir Relativistic Electron-Positron Plasma" - 1983, Astrophys. S'p. Sri., v.93, p.229-245.

5. Агаронян Ф.А., Атоян A.M. "К вопросу о временной эволюции функции распределена частиц в высокотемпературной плазме" - 1983, ЖЭТФ, т.85, с.1857-1865.

6. Агаронян Ф.А., Атоян А.М., Нагапетян А.Г. "Фоторождение электронно-позитронных пар в компактных рентгеновских источниках" - 1983, Астрофизика, т.19, с.323-334.

7. Агаронян Ф.А., Атоян А.М. "Гамма-кванты сверхвысоких энергий - носители космо

логической информации" - 1985, Ж'ЭТФ, т.89, с.337-345.

8. Aharonian F.A., Atoyan A.M., Nahapetian A. "On the Possible Acceleration Mechanisms Leading to Formation of Maxwell-Like Spectra of Relativistic. Electrons in Turbulent Synchrotron Sources" - 1986, Astron. Astrophys, v.162, p.Ll-L2.

9. Атоян A.M., Нагапетян А.Г. "Компактные радиоисточники как плазменный турбулентный реактор. I. Формирование спектров релятивистских электронов максвелловско-го типа при ускорении на резонансных ленгмюровс.ких волнах" - 1987, Астрофизика, т.26, с.527-545. _______

10. Атоян A.M., Нагапетян А. "Компактные радиоисточники как плазменный турбулентный реактор. II. Основные характеристики спектров электромагнитного излучения" -1987, Астрофизика, т.27,,с.117-130.

11. Atoyan A.M., Nahapetian A. "Active Galactic Nuclei as Accreting Turbulent Synchrotron-self-Compton Sources" - 1989, Astron. Astrophys., v.219, p.53-62

12. Атоян A.M., Нагапетян А.Г. "Компактные радиоисточники как плазменный турбулентный реактор. III. Аккреционная модель" - 1990, Астрофизика, т.32, с.341-356.

13. Aharonian F.A., Atoyan A.M. "Cosmic Ray Positrons Connected with Galactic Gamma-Radiation of High and Very High Energies" - 1991, Journal of Pkys. V.17G, p. 1769-1778.

14. Aharonian F.A., Atoyan A.M. "A Model of Pulsed Gamma-Radiation from the X-Ray Binary Hercules X-l/HZ Herculis" - 1991, Astrophys. J., v.381, p.220-227.

15. Atoyan A.M. "Relativistic Neutrons in AGN. I: Energy Transport from the Core" - 1992, Astron. Astrophys., v.257, p.465-475.

16. Atoyan A.M. "Relativistic Neutrons in AGN. II: Gamma-Rays of High and Very High Energies" - 1992, Astron. Astrophys., v.257, p.476-488.

17. Aharonian F.A., Atoyan A.M., Volk H..J. "High Energy Electrons and Positrons in Cosmic Rays as an Indicator of the Existence of a Nearby Cosmic Tevatron." - 1995, Astron. Astrophys., v.294, L41-L44.

18. Atoyan A.M., Aharonian F.A., Volk H.J. "Electrons and Positrons in the Galactic Cosmic Rays" - 1995, Phys. Rev. D, v.52, p.3265-3275.

19. Aharonian F.A., Atoyan A.M., "Does the Inverse Compton Mechanism Alone Explain the GeV/TeV Gamma-Ray Emission from the Crab Nebula?" - 1995, Astropart. Phys., v.3, p.275-282.

20. Atoyan A.M., Aharonian F.A. "Beam-Meets-Target: a Model for Episodic Gamma-Ray Sources" - 1995, Astrophys. Sp. Sci., v.231, p.199-202.

21. Aharonian F.A., Atoyan A.M. "Possible Episodic Gamma-Ray Sources: Moving Fragile Target. Crosses Relativistic Particle Beam" - 1996, Space Sci. Reviews, v.75, p.357-373.

22. Atoyan A.M., Aharonian F.A. "On the Mechanisms of Gamma-Radiation in the Crab

Nebula" - 1996, M.N.R.A.S., v.278, p.525-541.

23. Atoyan A.M., Akaronian F.A. "On tke Fluxes of Inverse (¡0111 pton Gamma-Rays Expected from tke Crab Nebula" - 1996, /Is¿rem. Astrophys. (Suppl), in press.

24. Akaronian F.A., Atoyan A.M. "On tke Emissivity of 7r0-dec.ay Gamma Radiation in tke Vicinities of Accelerators of Galactic Cosmic Rays" - 1996, Astron. Astrophys., in press.

Статьи в изданиях конференций

25. Akaronian F.A., Atoyan A.M. "Ultrakigk Energy Gamma-Rays as Carriers oi Cosmological Information" - 1985, Proc. 19-th ICRC, La Jolla, p.306-309.

26. Akaronian F.A., Atoyan A.M. "A Model of Pkoton Origin of High-Energy Cosmic-Raj Positrons" - 1990, Proe. 21-st 1CRC, Adelaide, v.3, 269-272.

27. Atoyan A.M. "High Energy and Very Higk Energy Gamma-Rays from Electromagnetic Cascade Induced by Relativistic Neutrons in AGN" - 1991, Lecture. Notes in Pkysics, v.391 168-172, (Proc.. Workshop 'Relativistic Hadrons in Cosmic Compact Objects', 1990, Poland)

28. Akaronian F.A., Atoyan A.M. "On the Gamma-Ray Emission Mechanisms in the Crat Nebula" - 1995, Ц-ih ICRC, Rome, v.2, p.358-361.

29. Atoyan A.M., Aharonian F.A., Volk H.J. "Energy-Dependent Propagation of High Energj Electrons from a Single Nearby Source" - 1995, 24-th ICRC, Rome, v.3, p.21-24.

30. Atoyan A.M., Akaronian F.A. "On tke Flaring Activity of the AE Aquarii in tke Radio Optical, and VHE Gamma-Rays" - 1995, 24-th ICRC, Rome, v.2, p.370-373.

A. M. Atoyan

MODELS OF GAMMA-RAY PRODUCTION IN THE SOURCES OF COSMIC RAYS

Number of models of the gamma-ray production and propagation Ln the galactic and extragalactic cosmic ray CCft) sources, as Supernova remnants, pulsars, and active galactic nuclei CAGfO, are proposed.

Different mechanisms of gamma-ray production ln the Crab Nebula are studied. The hypothesis of possible enhancement of the relatlvlstic electron bremsstrahlung ln dence optical filaments Is suggested. The model of electron-photon cascade, induced ln AGNs by relatlvlstic neutrons Is developed. A method to solve the system of relevant cascade equations is developed, and detailed Investigation of the resulting gamma-ray spectra is carried out.

The model of accretion plasma turbulent reactor to explain general features of the nonthermal radiation spectra of AGNsfrom radiowavelengths to hard X-rays are proposed.

The model "MovJ ng target under the relatlvlstic particle beam" Is proposed, in the framework of which all peculiarltes of the reported episodic gamma-ray events from X-ray binaries can be explained. Possible application of the model to explain some features of the high-energy gamma-ray bursts Cassuming isolated pulsars as the particle accelerator) is discussed.

The two-component approach for correct interpretation of the CR electron spectra are developed.

The problem of evolution of the fluxes of high and very high enercjy gamma-rays expected from the giant molecular clouds in the vicinities at young sources of galactic CRs Is studied.

U. IT. Upnjuib

лили'ще&ъьгь ачеопьгъыпм? «шитш лишхадаэхгаъ ипаяавшхъ ипгыллр

UmtJrailurumipjuiIip lr.i,hni]m& t mlibqbpuiliuili áuinaiquijplibpli unipjnipbbpnnl ijunfirut ¿HinuiquTjptluiIi vîouiguiQiIni'i V. тшршМшЬ iTnnbilihpli tíjailpIiHlin: 1Тши1ши[пршщЬи

UuilipuHftnoTi pltliuiplpluifc hli Iut¡gqhu¡l;ui¿li tiliquHluiönipjiiilHmr qunttíra Йшпш-итшчшд^шХ: irucpptp (ГЬЬюИфгцПЛр: впцд t третий пЬишиЦиЦшпЦ t[blpnpn№¡p{i uip<jh[iulimjlili óumuiquijpiíali pwpip UpblimliilnipjuiU hlraipmiln-pminjrulip:

ипш2шр1[4ш& t ialjin¡nl qw[uiljuililp.HUbpli lilijniljlibpnut CU WD nbyuiwli-ilJinmJilj TibjtnpnbTihpnil шг>ш?шафл& bib lpt1 p nli-^nm nliui jftli hbiibrilihpji Unqbi: Uuuilpluiö t htîiihiimjJiTi ЬшЦшишринПЛр^ hrailuiliuipqfi [möifaili ЬцшЪш'ц: Uuibpui-iluiuli IihmuKimulraft hit uirappbp liqnpiiipjmlîUfcpnil U^lJ-lihplig ршрЙр Ii qbp-puip¿p tbhpqjun'ühp}» qutiftlui ¿íumtnquijpilmli hniiphpn:

Ui5Ui2Uiplplii!& t «гтрОДпц ptipuifup ntuuimlnlJi«ui}ilj iTuiutiJilibbpft 1Í1I12I1 rnu'li» llurib[p, npfr 2P2«i'nuliljbpiiui Мннрш^пр t [hlmuf ршдшшрЬ( nblnnqbli-juib liplibuiliJi utmnqbplig qpuiligilnri huiJiqnrifilj qmilifui ¿Jumuiquijpifiub рщпр jnip uiluu mipnpjniMit p Q :

Usuilplmft t mJihqbpralpjaU tfmnraqcijplihpli (jraqUnnf h[blimpnTibbpfi hmrtrap Uplltpuîuinlrtîûin tlnqki, npp puiguivipnnl t qpuiligtlnn mpbqbpuiljuib hiblpnpnlilibpli ищЫцприц tíji 2ЧФЕ huimlinipinililibp:

Uuibpuuluiuli ßlilraiplpluiö t mtibqbpuilpuli ¿¡mniuquijplibpii hpjiinuiumpii шц-pjniphbpfi îpgnilirajElig шцшифщ qujilitui ritnnmqmipiTrati tfualuibuilitajlili I« шшрш-öuilpuli quipquigiTuiü btiiTliuihutpgQ: