Наблюдение космических гамма-всплесков и периодических рентгеновских источников в эксперименте на ИСЗ "Прогноз-9" тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

российская академия наук

институт космических исследований

На правах рукописи

удк: 524.35. 524.64.

Свертилов Сергей Игоревич

НАБЛЮДЕНИЕ КОСМИЧЕСКИХ ГАММА-ВСПЛЕСКОВ И ПЕРИОДИЧЕСКИХ РЕНТГЕНОВСКИХ ИСТОЧНИКОВ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ НА ИСЗ "ПРОГНОЗ-9"

01.03.02 - астрофизика, радиоастрономия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 1993

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте ядерной физики МГУ.

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук Кудрявцев Михаил Иванович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук Лучков Борис Иванович (МИФИ) доктор физико-математических наук Митрофанов Игорь Георгиевич (ИКИ РАН)

Ведущая организация: Государственный астрономический институт им. Г1.К. Штернберга

Защита диссертации состоится 1993 г. в-//час. 00 мин.

на заседании специализированного совета К 002.94.01 в Институте космических исследований РАН по адресу:

Москва, 117810, ул. Профсоюзная, д.84/32, тел. 333-50-66.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИКИ РАН. Автореферат разослан " 50 " 1993 г.

Отзыв на автореферат просим высылать в двух экземплярах, заверенных печатью, по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря

Ученый секретарь .

специализированного совета Д.В.Титов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Развитие космической техники за последние годы позволило добиться существенного прогресса в различных областях внеатмосферной астрономии.

В результате наблюдений в рентгеновском диапазоне, выполненных в ходе экспериментов на космических аппаратах "Ухуру", "Коперник", "Эйнштейн", EXOSAT, "Астрон", "Квант" (ОКС "Мир"), и др., были открыты и изучены новые классы галактических объектов, в том числе: рентгеновские источники в двойных системах, рентгеновские пульсары, барстери, транзиенты, диффузное фоновое рентгеновское излучение. Было также зарегистрировано рентгеновское излучение от многих внегалактических объектов.

Среди достижений наблюдательной гамма-астрономии следует отметить открытие в экспериментах на спутниках "Вела" космических гамма-всплесков, спектры которых лежат в диапазоне рентгеновского и гамма-излучения (от нескольких кэВ до нескольких десятков МэВ). К настоящему времени о гамма-всплесках накоплен достаточно обширный экспериментальный материал, в том числе лучшие данные по статистике гамма-всплесков получены в экспериментах с аппаратурой КОНУС на AMC серии "Венера". В настоящее время всестороннее изучение космических гамма-всплесков и рентгеновских источников ведется на обсерваториях "Гранат", GRO и др.

По современным представлениям высокую рентгеновскую светимость некоторых источников обеспечивает нагрев вещества до очень высоких температур (более 106 К) при аккреции в сильном гравитационном поле. Подобный процесс может иметь место в так называемых рентгеновских двойных системах, состоящих из обычной звезды, поставляющей вещество, и релятивистского компактного объекта (белый карлик, нейтронная звезда или черная дыра), на который происходит аккреция. Изучение подобных объектов необходимо для понимания звездной эволюции, конечными продуктами которой они являются. Кроме того, излучение рентгеновских двойных несет информацию о физических процессах и свойствах вещества в сверхсильных гравитационных и электромагнитных полях. Поэтому исследование рентгеновских источников не ограничивается только астрофизическими проблемами, но и имеет общефизическое значение.

Одной из важных задач наблюдательной рентгеновской астрономии является изучение периодичностей в излучении рентгеновских источников, которые могут быть связаны как с орбитальным движением, так и с собственным вращением компонентов двойной системы, и, соответственно, давать непосредственную информа-

J 1

цшо о природе этих объектов. В настоящее время из нескольких сотен рентгеновских источников, открытых в нашей Галактике и ближайших галактиках-спутниках -Большом и Малом Магеллановых Облаках, лишь несколько десятков известны как периодические. Причем число источников, в излучении которых периодичности наблюдались в жестком рентгеновском диапазоне, еще меньше.

Актуальной проблемой остается исследование космических гамма-всплесков. До сих пор этому явлению не найдено адекватного объяснения, остается также открытым вопрос о принадлежности источников гамма-всплесков нашей Галактике.

Основная цель работы заключалась в дальнейшем изучении временных и спектральных свойств периодических источников жесткого рентгеновского излучения, а также исследовании статистических характеристик космических гамма-всплесков. Основная информация была получена в результате измерений временных зависимостей потоков рентгеновского и гамма-излучения в диапазоне 10-200 кэВ из различных областей звездного неба, в том числе района центра Галактики. Для этого был разработан и создан рентгеновский прибор, с помощью которого на ИСЗ "Пропюз-9" были проведены соответствующие наблюдения. Была разработана методика выделения периодических процессов и отдельных возрастаний (рентгеновских и гамма-всплесков) из полученных в ходе эксперимента временных рядов значений скоростей счета в рентгеновских каналах прибора.

Новизна работы. Впервые прибор с относительно широким полем зрения (~0.7 ср) применен для одновременных наблюдений космических гамма-всплесков и периодических рентгеновских источников в диапазоне энергий 10-200 кэВ. В районе центра Галактики обнаружено несколько новых периодических процессов в суточном диапазоне периодов. Получена новая информация об их спектрах. Зарегистрировано 15 космических гамма-всплесков, втом числе всплеск 83.08.01, считающийся одним из самых сильных за всю историю наблюдений. Получены данные, свидетельствующие об изотропном характере распределения источников гамма-всплесков по небу, в том числе и для слабых всплесков (с потоками Б менее 10"5 эрг/см21. Уточнен характер распределения частоты регистрации гамма-всплесков по наблюдаемым потокам в области малых величин потоков.

Научная н практическая значимость работы. Обнаружение в районе центра Галактики новых периодических процессов в суточном диапазоне периодов, которые могут быть обусловлены орбитальным движением, собственным вращением или пульсациями, а также прецессией компонентов двойных систем (или прецессией аккреционного диска), подтверждает представление о галактических рентгеновских источниках как о двойных системах. Полученные в результате наблюдений средние

Г I

кривые блеска в различных энергетических диапазонах и данные о спектрах периодических компонентов излучения позволяют уточнить модели этих источников.

То, что для гамма-всплесков не обнаружено увеличения частоты их регистрации при наблюдениях центра Галактики и областей, примыкающих к галактическому экватору, находится в согласии с известным фактом их изотропного распределения по небу. Галактическая модель происхождения гамма-всплесков не будет этому противоречить, если предположить, что наблюдаемое в области малых Б отклонение распределения частоты регистрации гамма-всплесков по потокам от ожидающейся для однородного распределения источников в пространстве зависимости Б"3'2 в области малых 8 обусловлено аппаратурной селекцией, а источники гамма-всплесков находятся на расстояниях, не превышающих толщину галактического диска.

Классификация типов имитаций рентгеновских и гамма-всплесков заряженными частицами и аппаратурными сбоями, а также методика выделения периодических процессов при анализе временных рядов скоростей счета в рентгеновских каналах прибора могут быть использованы при обработке результатов других космических рентгеновских экспериментов.

Метод оценки величин регистрируемых потоков и их спектральных характеристик путем моделирования физических процессов в приборе при заданной форме спектра падающих фотонов с учетом параметров прибора, полученных в результате калибровочных измерений при облучении от радиоактивных источников и фона, может быть использован в практике расчета рентгеновских и гамма-спектрометров.

Автор выносит на защиту.

1. Выполненную работу по изготовлению, настройке, калибровке и установке на борту ИСЗ рентгеновского спектрометра.

2. Результаты расчета физических характеристик прибора.

3. Методику обработки информации с ИСЗ "Прогноз-9", позволившую выделить космические гамма-всплески и периодические рентгеновские источники.

4. Результаты наблюдений космических гамма-всплесков и периодических рентгеновских источников в эксперименте на ИСЗ "Прогноз-9".

Апробация работы. Материалы, представленные в диссертации, обсуждались на научных семинарах НИИЯФ МГУ, Всесоюзных семинарах по рентгеновской и гамма-астрономии, 20-й Международной конференции по физике космических лучей.

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в семи печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Общий объем работы 154 страницы, в том числе 42 рисунка, 3 таблицы и 11 страниц со списком цитированной литературы, который содержит 170 названий.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко показана актуальность исследований периодических рентгеновских источников и космических гамма-всплесков, указана цель эксперимента, отмечена научная новизна и значимость работы, формулируются основные положения, выносимые автором на защиту.

В первой главе дан обзор работ, посвященных экспериментам по изучению рентгеновских источников и космических гамма-всплесков, основным результатам этих исследований, а также работ по аппаратуре и методам наблюдений.

С момента открытия космических гамма-всплесков в ходе экспериментов на различных космических аппаратах (серии "Вела", 1SEE-3, IMP, серии OSO, "Гели-ос-2", PVO, "Фобос", серий "Космос", "Венера", "Прогноз", и др.) о них накоплен обширный наблюдательный материал. Детально изучены их временные и спектральные характеристики, для гамма-всплесков, которые были зарегистрированы на нескольких космических аппаратах с помощью триангуляционного метода с высокой точностью определены координаты их источников .

Несмотря на большой объем данных, источники гамма-всплесков остаются не идентифицированными. Не ясно, например, расположены ли они в нашей Галактике или находятся за ее пределами. Для ответа на этот вопрос необходимы дальнейшие исследования, в том числе по статистике слабых всплесков, а также выяснение возможного влияния аппаратурной селекции на статистические характеристики гамма-всплесков.

До настоящего времени в рентгеновском диапазоне открыто несколько сотен источников в нашей Галактике и ближайших галактиках-спутниках - Большом и Малом Магеллановых Облаках. Для наиболее ярких источников, изученных достаточно хорошо, получены непосредственные указания на то, что они являются двойными системами - в их оптическом и рентгеновском излучении обнаружены периодические изменения, имеющие характер затмений. Всего известно около 50 источников, в излучении которых наблюдались периодичности, обусловленные орбитальным движением компонентов двойной системы, и измерены величины орбитальных периодов. В излучении рентгеновских источников могут также проявляться периодичности, связанные с собственным вращением компонентов. Так, если реля-

тивистский компактный объект представляет собой вращающуюся магнитную нейтронную звезду - пульсар, в рентгеновском излучении системы могут наблюдаться периодические пульсации. Это так называемый рентгеновский пульсар в двойной системе. Известно более 30 подобных объектов. Еще 4 пульсара, излучающих в рентгеновском и гамма-диапазонах, являются одиночными нейтронными звездами - остатками сверхновых.

Поиск и изучение периодических процессов на фоне нерегулярных вариаций потока, характерных для большинства рентгеновских источников, является довольно трудной задачей, так как требует непрерывных наблюдений каждого источника в течение длительных интервалов времени, равных многом периодам. Этим, в частности, может объясняться то, что до сих пор количество известных периодических источников, особенно в жестком рентгеновском диапазоне, относительно невелико. Для адекватного понимания природы рентгеновских источников необходимы дальнейшие поиски и исследования периодических процессов в их излучении.

Для рентгеновских наблюдений традиционно используются приборы с довольно узким полем зрения - таким, чтобы максимальный угол падения регистрируемых фотонов не превышал нескольких градусов. Однако из-за ограниченности общих ресурсов программы в экспериментах с такими приборами трудно сочетать длительное время непрерывной экспозиции одного источника с обзором достаточно обширных областей звездного неба. Наибольшее на сегодняшний день время непрерывной экспозиции одного источника - десятки часов было достигнуто при наблюдениях в режиме наведения на спутнике EXOSAT. Длительное время наблюдений каждого источника и одновременно с этим обзор значительной части звездного неба можно обеспечить в экспериментах с приборами, имеющими широкое поле зрения. До сих пор такие приборы применялись, как правило, для наблюдений явлений, характеризуемых относительно короткими возрастаниями потока, - транзиентов (например, прибор ASM на спутнике "Ариэль-5"), космических гамма-всплесков (аппаратура типа КОНУС, СНЕГ, APEX и др.). Приборы с широким полем зрения можно применять и для изучения периодических источников. Если при этом обеспечить длительные непрерывные наблюдения исследуемого источника (что достигается, в частности, в экспериментах на высокоапогейных спутниках и межпланетных AMC), то с помощью таких приборов могут быть получены фазовые характеристики периодических процессов, усредненные по многим периодам. Для выделения периодических процессов обычно применяются известные методы "наложения эпох", Фурье-анализ и т.д.

Во в второй главе описаны устройство рентгеновского сцинтилляционного спектрометра, его лабораторная настройка и калибровка. Приведен также расчет физических характеристик прибора.

Прибор - с эффективной площадью —40 см2 обеспечивал измерение потоков жесткого рентгеновского и мягкого гамма-излучения при энергиях 10-50, 25-50, 50-100, 100-200 кэВ. Поле зрения прибора (-0.7 ср) было ограничено азимуталь-но-изотропным коллиматором таким образом, что максимальный угол падения регистрируемых фотонов составлял —50° . Временное разрешение в эксперименте определялось возможностями бортовых систем запоминания и передачи информации. Наряду с постоянно действовавшим режимом считывания выходных показаний прибора - 1 раз в 10 с, при регистрации в рентгеновских каналах интенсивных возрастаний скоростей счета, характеризовавшихся достаточно крутым фронтом, включался более быстрый режим опроса - 1 раз в 1 с.

Прибор состоял из блоков детектирования и электроники. Детектор прибора находился вне гермоотсека спутника, электронный блок - внутри. При этом детектор был размещен на приборной панели ИСЗ таким образом, что его ось составляла 7.5° с осью вращения спутника.

Для регистрации рентгеновского и гамма-излучения использовался сцинтилля-тор - кристалл СбКТ!) толщиной 2.5 мм, диаметром 80 мм. Для понижения регистрируемого уровня рентгеновского фона и дискримнации заряженных частиц была предусмотрена комбинация активной и пассивной защиты. Для исключения регистрации заряженных частиц и вызванных ими из пассивной защиты вторичных фотонов кристалл Сз1 и все элементы пассивной защиты, включая коллиматор, были помещены в контейнер из пластического сцинтиллятора на основе полистирола ("антисовпадательный" колпак). Пластический сцинтиллятор гарантировал надежную регистрацию заряженных частиц, при этом его толщина была такой, что вероятность поглощения рентгеновских фотонов в пластическом сцинтилляторе в рабочем диапазоне энергий оставалась довольно малой. Пластический сцинтиллятор и кристалл Сз1 просматривались одним фотоумножителем (ФЭУ - 110) со стороны свинцового стекла.

Идентификация событий в пластическом сцинтилляторе и кристалле осуществлялась специальной электронной схемой, обеспечивавшей разделение импульсов в зависимости от длительности фронта.

При отсутствии сигнала от пластического сцинтиллятора импульсы с анода ФЭУ, связанные с рентгеновскими событиями, после усиления и амплитудной дискриминации сортировались в один из четырех каналов, в которых осуществлялся счет

импульсов. Пороги дискриминации выбирались соответствующими границам энергетических диапазонов, указанных выше. Измерение количества импульсов в единицу времени (скорости счета) в рентгеновских каналах и сигналов запрета от пластического сцинтиллятора осуществлялось логарифмическими измерителями скорости счета (интенсиметрами). В диапазонах 10-50 и 25-50 кэВ использовались также цифроаналоговые преобразователи (ЦАП).

Первоначальная настройка прибора была произведена с помощью сигналов от электронного генератора, а также от естественного фона. Для энергетической калибровки прибора - определения энергетических эквивалентов электрических величин - порогов дискриминации, энергетического разрешения в рабочем диапазоне - использовались р/а препараты из стандартного набора градуировочных источников. Амплитудные распределения импульсов на аноде ФЭУ, полученные в результате измерений с р/а изотопами 8п"9 (линия 24 кэВ), Ат241 (60 кэВ), Со57 (123 кэВ) показали, что энергетическая разрешающая способность прибора растет с увеличением энергии фотонов: отношение полной ширины спектра энерговыделения на половине максимума к величине энергии, соответствующей положению максимума, составило -70% при 24 кэВ, -40% при 60 кэВ и -30% при 123 кэВ. Следует отметить, что измеренные амплитудные распределения импульсов на аноде ФЭУ удовлетворительно аппроксимируются распределением Гаусса, а величина квадрата относительного энергетического разрешения - обратно пропорциональной зависимостью от энергии.

С учетом указанных выше значений параметров детектора была рассчитана в зависимости от энергии эффективность регистрации рентгеновского и гамма-излучения в диапазоне 10-300 кэВ, перекрывающем рабочий диапазон прибора. Была рассчитана также диаграмма направленности прибора - зависимость вероятности регистрации рентгеновского фотона от угла падения. Полученные в результате калибровочных измерений и расчетов характеристики были использованы при построении математической модели прибора, позволившей рассчитать значения выходных параметров прибора для исходных рентгеновских спектров заданной формы. Расчеты проводились для типичных при аппроксимации исходных спектров - степенного (с отрицательным показателем степени) и спектра "оптически тонкой плазмы", для различных углов падения фотонов и различных значений спектральных параметров (показателя степени или параметра кТ). В результате, были рассчитаны приборные функции, позволяющие для выбранной формы представления исходных спектров оценивать значения спектрального параметра и спектральной плотности потока при различных энергиях, если при этом известен угол падения регистрируе-

мых фотонов (возможности эксперимента позволяют определять и сами значения угла падения).

Из-за падающей формы диаграммы направленности и того, что ось прибора не совпадала с осью вращения спутника, временные зависимости скоростей счета, характеризовавшие потоки от источников, отстоявших от оси вращения, были про-модулированы с частотой вращения спутника. При этом для данного источника отношение амплитуды модуляции к скорости счета, характеризующей величину его среднего регистрируемого потока, является однозначной функцией угла между осью прибора и направлением на источник, т.е. угла падения. Эта функция определяется только диаграммой направленности прибора. Она была рассчитана во всем диапазоне возможных значений угла падения (0° - 50°).

Таким образом, совокупность полученных приборных функций позволяет при определенных предположениях о форме исходных спектров определять по выходным характеристикам прибора спектральные и угловые параметры , а также оценивать величины регистрируемых потоков рентгеновского и гамма-излучения.

В третьей главе описываются условия проведения эксперимента на ИСЗ и результаты обработки полетной информации. Рентгеновский прибор был установлен на ИСЗ "Прогноз-9", который был выведен на орбиту 1 июля 1983 г. Спутник был запущен на высокоапогейную (720 ООО км) орбиту, имевшую в начале полета наклонение к плоскости экватора - 57° , период обращения - 27 сут.

Помимо рентгеновского спектрометра состав научных приборов спутника включал также детекторы энергичных заряженных частиц (электронов и протонов) .ответственных за аппаратурный фон в рентгеновском приборе.

Рентгеновский спектрометр был расположен таким образом, что центр его поля зрения, усредненный по периоду вращения спутника, совпадал с направлением оси вращения, которая через каждые 5-7 сут. ориентировалась на Солнце. В результате, из-за движения спутника вместе с Землей вокруг Солнца в поле зрения прибора попадали обширные области звездного неба, примыкающие к эклиптике, в том числе: район галактического антицентра (июль - август 1983 г.), участки неба, достаточно далеко отстоящие от галактического экватора (сентябрь - октябрь 1983 г.), район центра Галактики (ноябрь 1983 г. - февраль 1984 г.).

В ходе практически непрерывных наблюдений в течение всего полета, продолжавшегося до 14 февраля 1984 г., были получен временные ряды скоростей счета в рентгеновских каналах прибора, а также в канале заряженных частиц. Первичные значения скоростей счета измерялись с частотой опроса приборов телеметрической системой - 1 раз в 10 с.

Был проведен анализ качества полученной в ходе эксперимента информации, в частности, установлен ритерий, позволяющий исключать телеметрические сбои.

В ходе эксперимента было зарегистрировано около 1000 возрастаний скоростей счета рентгеновского прибора различной природы, в том числе космические гамма-всплески, солнечные рентгеновские всплески и имитации рентгеновских и гамма-всплесков заряженными частицами.

Имитации рентгеновских событий в основном были обусловлены интенсивными возрастаниями магнитосферных электронов, которые наблюдались в ходе всего полета. Для отбора имитаций использовались показания детектора, регистрировавшего электроны в диапазоне энергий 40-200 кэВ. Наряду с имитациями рентгеновских событий заряженными частицами, имевшими характер кратковременных (длительностью не более нескольких часов) возрастаний, в каналах 25-50, 50-100, 100-200 кэВ наблюдались более длительные (от нескольких суток до месяцев) вариации, для которых характерно подобие временного хода скоростей счета в этих каналах и в канале заряженных частиц, регистрировавшихся "антисовпадательным" колпаком. Для интервалов наблюдений, в течение которых в поле зрения прибора не попадали известные рентгеновские источники (в сентябре - октябре 1983 г.), были рассчитаны соответствующие коэффициенты регрессии, с помощью которых из скоростей счета в рентгеновских каналах был вычтен вклад "медленных" возрастаний потоков заряженных частиц.

Так как по условиям эксперимента Солнце постоянно находилось в поле зрения спектрометра, наблюдение его рентгеновской активности велось практически непрерывно. Солнечные рентгеновские всплески составили наиболее многочисленную (-800) группу событий. Идентификация солнечных рентгеновских всплесков осуществлялась с помощью данных установленного на ИСЗ "Прогноз-9" советско-чехословацкого солнечного рентгеновского монитора с малым полем зрения (<10°), с помощью которого проводилось непрерывное патрулирование Солнца в диапазоне энергий 2-10 кэВ. Использовалась также информация о наблюдении Солнца в оптическом и радио-диапазонах наземными средствами.

В четвертой главе представлены и обсуждаются результаты исследования космических гамма-всплесков и периодических рентгеновских источников.

Оставшиеся после исключения имитаций и солнечных рентгеновских всплесков возрастания в рентгеновских каналах прибора исследовались с целью поиска космических гамма-всплесков. Было отобрано 39 событий, удовлетворивших выбранному условию статистической достоверности - возрастание скорости счета в диапазоне 25-50 кэВ в максимуме должно было превышать фоновое значение более чем на 1а.

Для этих событий в представлении типа спектра"оптически тонкой плазмы" были определены значения кТ и интегральной по всплеску спектральной плотности потока при энергии 25 кэВ. С учетом данных экспериментов "Конус" по распределению гамма-всплесков по параметру кТ, к космическим гамма-всплескам были отнесены 15 событий, для которых кТ>40 кэВ. Даты регистрации этих событий были распределены более или менее равномерно в ходе всего полета, т.е. отсутствует какое-либо увеличение частоты регистрации гамма-всплесков при наблюдении областей неба, примыкающих к галактической плоскости, что находится в согласии с известным фактом изотропного распределения источников гамма-всплесков по небу.

Для зарегистрированных гамма-всплесков были определены значения полных потоков энергии в диапазоне энергии выше 25 кэВ. Среди них следует выделить всплеск 83.08.01, для которого эта величина составила -10"4 -10"3 эрг/см2 , что свидетельствует о том, что этот гамма-всплеск является одним из самых сильных из всех до сих пор зарегистрированных. Этот всплеск был также зарегистрирован в ряде других экспериментов, в том числе с прибором СНЕГ-2МП9.

Было построено интегральное распределение ожидаемого за 1 год количества гамма-всплесков из всей небесной сферы N по величинам полного потока энергии (S) - N(>S). Значения N(>S) при S ~ 10 "7-10"5 эрг/см2 оказались несколько выше, чем соответствующие величины, полученные в экспериментах с аппаратурой КОНУС, но вто же время на 1 порядка меньше, чем предсказывается распределением S"3/2. Это расхождение может быть обусловлено спектральной селекцией при регистрации гамма-всплесков. Подобное предположение согласуется с изотропным распределением источников гамма-всплесков по небу в рамках ближней галактической модели, согласно которой источники гамма-всплесков находятся на расстояниях, не превышающих толщину галактического диска (0.1-0.2 кпс).

Временной ход скоростей счета в рентгеновских каналах, усредненных за интервалы времени, в течение которых ориентация спутника не изменялась, свидетельствует о регистрации повышенных рентгеновских потоков из районов центра Галактики и галактического антицентра по сравнению с областями, удаленными от плоскости галактического экватора. Это является признаком того, что зарегистрированные потоки связаны с излучением галактических источников. Полное время наблюдения района центра Галактики составило около 100 сут. Для интервала времени с 31 октября 1983 г. по 12 января 1984 г., когда условия наблюдений района центра Галактики были наилучшими, были получены практически непрерывные временные ряды среднечасовых значений скоростей счета в при энергиях 10-50, 25-50 и 50-100 кэВ, "очищенные" от имитаций заряженными частицами, а также от

возрастаний, вызваннных солнечными вспышками. При поиске периодических источников в суточном диапазоне периодов эти ряды обрабатывались методом "наложения эпох". В результате, были получены периодограммы, на которых обнаружены статистически достоверные пики, соответствующие процессам с периодами 62 ч, 67 ч, 82 ч, 98 ч и 152 ч, а также их гармоникам. Среди них только период 82 ч был известен ранее - это орбитальный период рентгеновской двойной 4U1700-37. Для указанных периодических процессов были построены средние кривые блеска в трех энергетических диапазонах, определены спектральные характеристики.

Проведенные оценки угловых координат возможных источников новых периодических процессов показали, что период 62 ч, возможно, относится к Seo Х-1. В оптическом излучении Seo Х-1 был открыт период 0.79 сут, считающийся орбитальным. Новый периодический процесс, наблюдавшийся в жестком рентгеновском диапазоне, возможно связан с собственным вращением или пульсациями компонентов двойной системы. Нельзя также исключать того, что он может быть связан с периодическими возмущениями при аккреции, например, с прецессией или качанием аккреционного диска.

Обнаружение новых периодических процессов в районе центра Галактики, таким образом, дает дополнительную информацию для построения адекватных моделей галактических рентгеновских источников.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы, которые сводятся к следующему:

1. Изготовлен сцинтилляционный спектрометр на диапазон энергий фотонов 10-200 кэВ, предназначенный для исследования жесткого космического рентгеновского излучения с борта ИСЗ; проведена его предполетная настройка и калибровка, по результатам которой построена математическая модель прибора, позволяющая определять по его выходным параметрам спектральные и угловые характеристики регистрируемых потоков. Полученный при этом методический опыт был использован в дальнейших разработках приборов для изучения космического рентгеновского и гамма-излучения.

2. На высокоапогейном ИСЗ "Прогноз-9" проведен эксперимент, в ходе которого прибор с относительно широким полем зрения (-0.7 ср) впервые был применен для исследования космических гамма-всплесков и периодических рентгеновских источников. При этом проводились длительные практически непрерывные наблюдения обширных областей звездного неба, в том числе района центра Галактики.

3. Проведена обработка результатов эксперимента на ИСЗ "Прогноз-9". Разработана методика, позволившая на основе учета различных фоновых факторов (в том числе ТМ-сбоев, компонентов аппаратурного фона, связанных с вкладом потоков заряженных частиц) выделить спорадические всплески и периодические вариации потоков космического рентгеновского и гамма-излучения.

4. Зарегистрировано 15 космических гамма-всплесков. Не обнаружено увеличения частоты регистрации гамма-всплесков при наблюдениях областей неба, примыкающих к галактической плоскости, в том числе района центра Галактики, что находится в согласии с изотропным характером распределения их источников по небу. Определены спектральные и энергетические параметры зарегистрированных гамма-всплесков, в том числе значения интегральных (по всплеску) потоков 8. Уточнен вид распределения частоты

г л

регистрации гамма-всплесков N(>8) в области малых 8 (<10 эрг/см ). Получены указания на то, что правильный учет эффектов, связанных с временной и спектральной селекцией при регистрации гамма-всплесков, возможно, позволит избежать противоречия между регистрируемой формой распределения N(>8) и изотропным характером распределения источников гамма-всплесков по небу в рамках ближней галактической модели - если источники гамма-всплесков находятся на расстояниях, не превышающих толщину галактического диска (0.1-0.2 кпс).

5. Проведен анализ временных и спектральных характеристик одного из сильнейших гамма-всплесков 83.08.01, результаты которого свидетельствуют о наличии во время этого события интенсивного рентгеновского излучения в диапазоне 10-50 кэВ.

6. Для интервалов наблюдений района центра Галактики методом "наложения эпох" произведена обработка временных рядов среднечасовых значений скоростей счета в рентгеновских каналах прибора. Обнаружены новые периодические (62(31), 67, 98, 152 ч) источники жесткого рентгеновского излучения в районе центра Галактики, а также выделен известный ранее период 82 ч - орбитальный период рентгеновской двойной 4и 1700-37. Построены средние фазовые зависимости (кривые блеска), в трех энергетических диапазонах (10-50, 25-50, 50-100 кэВ), проведена оценка спектральных характеристик периодических процессов. Сделан вывод, что обнаруженные периоды могут быть орбитальными, не исключено также, что они связаны с процессами в двойных системах типа прецессии аккреционно-

ft

го диска (или компактного объекта) или периодических изменений темпа аккреции, например, вследствие пульсаций оптического компонента.

7. В результате практически непрерывных наблюдений в течение почти 2-х месяцев получены средние кривые блеска для рентгеновской двойной 4U1700-37 в диапазонах 10-50,25-50,50-100 кэВ. Подтверждено постояно-ство спектра излучения этой системы в жестком рентгеновском диапазоне. Определена длительность фазы затмения, которая составила в диапазоне 10-50 кэВ 0.14 орбитального периода.

8. Получены указания на то, что обнаруженный 62-часовой периодический процесс относится к источнику Seo Х-1. Эта периодичность может быть вызвана прецессией аккреционного диска (также можно предположить, что причиной этого периодического процесса являются пульсации или вращение оптического компонента двойной системы). В случае, если 62-часовой период связан с прецессией аккреционного диска, это может служить подтверждением наличия дисковой аккреции в рентгеновских двойных системах с малой массой типа Seo Х-1.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. М.И.Кудрявцев, С.И.Свертилов. Рентгеновский эксперимент на ИСЗ "Про-гноз-9". - Вестн. Моск. ун-та. сер.З. Физика. Астрономия, 1984, т.25, N5, сс.81-88.

2. A.T.Abrosimov, V.V.Ignatov, N.V.Illarionova, O.M.Kovrizhnykh, G.Ya.Kolesov, M.I.Kudryavtsev, Yu.l.Logachev, N.A.Mamontova, S.I.Svertilov. Solar flares, cosmic gamma-ray bursts and periodic X-ray sources observed from Prognoz-9. - 20th ICRC conf. papers, 1987, v.l, pp.27-29.

3. М.И.Кудрявцев и С.И.Свертилов. Наблюдение космических гамма-всплесков на ИСЗ "Прогноз-9". - Письма в Астрон. журнал, 1988, т.14, N3, сс.216-223.

4. М.И.Кудрявцев и С.И.Свертилов. Исследование гамма-всплеска 1 августа 1983 г. на ИСЗ "Прогноз-9". - Письма в Астрон. журнал, 1988, т.14, N4, сс.323-326.

5. М.И.Кудрявцев, Ю.И.Логачев и С.И.Свертилов. Периодические, суточного диапазона, источники жесткого рентгеновского излучения в районе центра

Галактики поданным эксперимента на ИСЗ "Прогноз-9". - Письма в Астрон. журнал, 1988, т.14, N10, сс.893-901.

6. М.И.Кудрявцев, Н.А.Мамонтова, С.И.Свертилов и Е.Д.Толстая. Указание на 62-часовую периодичность в Seo Х-1 поданным рентгеновского эксперимента на ИСЗ "Прогноз-9". - Письма в Астрон. журнал, 1989, т.15, N12, сс.1072-1080.

7. М.И.Кудрявцев и С.И.Свертилов. Наблюдение источника 4U1700-37 в рентгеновском эксперименте на ИСЗ "Прогноз-9". - Письма в Астрон. журнал, 1991, т.17, N5, сс.410-417.

Подписано в печать 15.04.93г. Заказ № 5295 Тираж 100 экз.

Отпечатано в НИИЯФ МГУ