Происхождение космических лучей с энергией выше 1018эВ тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.23 ВАК РФ

20

□03055ВВ2

На правах рукописи

Михайлов Алексей Алексеевич

ПРОИСХОЖДЕНИЕ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ С ЭНЕРГИЕЙ ВЫШЕ

1018 эВ

Специальность 01 04 23 - Физика высоких энергий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Якутск - 2007

003055662

Работа выполнена в Институте космофизических исследований и аэрономии им Ю Г Шафера Сибирского отделения Российской Академии наук

(ИКФИА СО РАН, г Якутск) Официальные оппоненты

доктор физ -мат наук, профессор Калмыков Н Н

доктор физ -мат наук Птускин В С доктор физ -мат наук Ерлыкин А Д

Ведущая организация Алтайский государственный университет (г Барнаул)

Защита диссертации состоится "23 " О 7 2007 г в_ч на заседании

диссертационного совета Д 002 023 02 Физического института им П Н Лебедева Российской Академии наук

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физического института им П Н Лебедева Российской Академии наук по адресу 119991, ГСП-1, В-333, г Москва, Ленинский проспект, 53, ФИАН

Автореферат разослан

-/г« о у _2007 г,

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 002 023 02

доктор физ -мат наук

Истомин Я Н

Общая характеристика работы

Диссертационная работа посвящена детальному исследованию анизотропии космических лучей с энергией Е>1018 эВ и теоретическому рассмотрению галактической модели происхождения частиц сверхвысоких энергий Анализ экспериментальных данных и теоретические модели происхождения космических лучей позволят правильно интерпретировать данные Якутской установки ШАЛ и помочь в решении проблемы происхождения космических лучей сверхвысоких энергий

Актуальность проблемы

Происхождение космических лучей с энергией Е>1018 эВ до конца не выяснено Они могут образовываться нейтронными звездами, ядрами активных галактик, радиогалактиками, квазарами и тд Частицы сверхвысоких энергий менее всего подвержены влиянию магнитного поля Галактики, и направления прихода частиц могут дать важную информацию об областях их генерации Однако задача усложняется из-за незнания особенностей магнитного поля Галактики и массового состава первичного излучения

Несмотря на множество экспериментальных данных, полученных за последние годы, до сих пор остается неизвестным, где образуются частицы сверхвысоких энергий, какие астрофизические объекты ускоряют их до самых высоких энергий Пока не определено, до каких энергий космические лучи являются галактическими, приходят ли к нам внегалактические космические лучи9 Выяснение этих вопросов является актуальной проблемой астрофизики космических лучей

\

Цель работы

1 Анализ экспериментальных данных по анизотропии космических лучей сверхвысоких энергий по данным Якутской установки ШАЛ

2 Исследование модели галактического происхождения космических лучей на основе численного решения уравнения движения частицы в магнитных полях диска и гало Галактики

3. Астрофизическая интерпретация экспериментальных данных Якутской установки ШАЛ

Научная новизна

Якутская установка ШАЛ представляет комплекс детекторов элементарных частиц, регистрирующих электроны, мюоны и излучение Вавилова-Черенкова Первичные частицы сверхвысоких энергий, которые образуют эти вторичные частицы, относительно редко приходят на Землю, не известны источники их происхождения Все это предполагает разработку новых методов анализа, модельные расчеты для интерпретации данных Автором впервые были применены новые методы анализа данных и проведены модельные расчеты ожидаемых характеристик первичного излучения

Научная и практическая значимость

Совокупность методов анализа экспериментальных данных по проблеме анизотропии космических лучей, разработанных автором, вместе с модельными расчетами траекторий частиц в галактических магнитных полях способствует решению проблемы происхождения космических лучей сверхвысоких энергий Разработанные методы анализа могут быть применены для анализа

данных на других установках ШАЛ и в других областях знаний Например, сделанное нами уточнение гармонического анализа может быть использовано для анализа данных при меньших энергиях (Е<1017 эВ) Нами высказана идея о том, что кластеры в области сверхвысоких энергий состоят из частиц, которые образованы в кратковременных процессах (типа гамма всплесков), и среди них частицы с наибольшей энергией при равных массах придут на Землю первыми Это может быть использовано для выяснения природы происхождения гамма всплесков Измеряя энергии и времена прихода частиц при гамма всплесках, можно оценить расстояние до источника Выполненные автором теоретические исследования галактической модели происхождения космических частиц могут быть использованы исследователями, занимающимися подобными задачами

С помощью разработанных автором методов анализа экспериментальных данных и численных методов исследования галактической модели происхождения космических частиц коллективом Якутской установки получен ряд приоритетных результатов по физике космических лучей, признанных в России и за ее пределами

Обоснованность и достоверность

Методы анализа данных и математические модели базируются на апробированных и хорошо известных математических методах Некоторые известные методы в области меньших энергий были применены в области сверхвысоких энергий Сравнение результатов анализа экспериментальных данных и теоретических расчетов, проведенных автором, с аналогичными работами других научных групп показало применимость использованных нами методов и достоверность полученных выводов

Вклад автора

Постановка проблемы, разработка методов анализа данных, создание программ обработки данных полностью выполнены автором Кроме того, автор внес существенный вклад в разработку галактической модели происхождения частиц сверхвысоких энергий, создал алгоритмы и программы решения уравнений движения частиц в трехмерном пространстве в рамках предполагаемых моделей магнитного поля Галактики

Апробация результатов работы

Численные методы, описанные в диссертации, используются при анализе и интерпретации данных Якутской установки на протяжении многих лет Некоторые из методов, развитых автором, применимы и на других установках Так, метод оценки ожидаемого числа событий при изотропном распределении первичного космического излучения применялся при совместном анализе данных установок Haverah Park, SUGAR, AGASA, Якутск Автор использовал разработанные модельные расчеты движения частиц в магнитном поле в научном обосновании проекта сверхгигантской установки ШАЛ "Р Auger", когда находился в Fenrulab (г Чикаго), а также при совместных работах в институте ядерных исследования в г Лодзь (Польша) и в университете г Стокгольм Результаты, изложенные в диссертации, были доложены на 23 всесоюзных/российских и международных конференциях и симпозиумах, автором опубликовано в научной периодике 110 статей, в том числе в соавторстве с коллегами Якутской и других научных групп Автор написал две главы в коллективной монографии, опубликованной в Сибирском отделении издательства "Наука" Автор был руководителем двух проектов, поддержанных грантом РФФИ

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения Общий объем диссертации составляет 221 страниц, в том числе 57 рисунков, 15 таблиц и список литературы из 227 наименований

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулирована основная цель работы Освещены научная новизна и значимость полученных результатов, а также апробация и личный вклад автора Кратко изложено содержание разделов диссертации

В первой главе приведены результаты анализа анизотропии космических лучей по экспериментальным данным Якутской установки ШАЛ Даны результаты гармонического анализа распределения направлений прихода ливней по прямому восхождению ИА Получены следующие статистически значимые амплитуды анизотропии 1-й гармоники ряда Фурье А1 с фазами 11А в 2-х энергетических интервалах

при (2-40)х1018 эВ - А, = 6 4±1 8%, Б1А, = 347°, при (1-2 5)х10|9эВ - А, = 35±9%, ЯА, = 34°

Далее анализировалось распределение ливней с Е=(1-2 5)х1019эВ во второй системе экваториальных координат 5, ИА (5 - склонение) В области обнаружения фазы максимума 1-й гармоники 0°<ЯА<80° и 5>2° искался максимум распределения первичных частиц Результаты анализа показаны во второй экваториальной системе координат в виде карты отклонений наблюдаемого числа ливней п„абЛ от ожидаемого числа событий в случае изотропии пож„д в величинах о (рис 1) Как видно из этого рисунка, наблюдается 2 максимума в распределении частиц на уровне 2 2а 8 ~ 48°, ИА ~ 36° и 5 ~ 47°, ЯА - 43° На угловом расстоянии 5 6° от 1-го максимума 5 ~ 48°, 11А ~ 36°

и (¡а расстоянии 6.6° от 2-го максимума находится пульсар 10218+4232 [1], имеющий период вращения Т = 2.3 мс, расстояние <1 > 5 кпк и возраст 4.6x10е лет.

Составлена карта

отклонений наблюдаемого числа ливней п„а<5л с энергией (0.4-4)х10''' эВ от ожидаемой величины пож]|д в случае изотропии в галактической системе координат. Как показано на карте (рис.2), превышение наблюдаемого числа ливней над ожидаемой величиной, п[:,|В-пд_чр> 1 приходится в основном на низкие широты 20°>Ь>-30'\ т.е. со стороны галактической плоскости. Если мы

определим среднюю

Рис.!. Отклонение наблюдаемого числа ливней п,,:,вл от ожидаемого числа событий в случае нзотрогшл пОЖ1и в величинах 0=(ПтВд-IWaWltlMlie ■

Сверху Л- плоскость

g 30

е-

1

-2 -2 -3 /

г 1 1

3 -4 1

э -4 -11 -3/ -2 2

1 -4 л 1

1 -2 -Л -г -7

1 -4 -2

1 э -2 -2

1 11 1 -2 ПЛОСКОСТЬ

2 3 1 3

-2 б % 1

] lujf.Ui'lHV-iHlTMHM

1 овлШтгь

г 1

О 90 ¡«11 270 360

Галактическая долгота, трал.

Рис.2. Карта отклонений числа линией с энергией (0.8 -4)х I О1' т!3 от ожидаемой величины и случае Изотропия. Цифрами показаны разности между п^ь, делается вывод, - п„р без дробной части.

широту рассмотренных выше ливней в системе координат Местного

сверхскопления галактик, то она равна <1 >=25.6° при ожидаемой широте <| Ь5С1 >=30.2° в случае изотропии. В аналогичной работе |2| на основе такого поведения наблюдаемой и ожидаемой широты ливней что

космические лучи приходят

со стороны плоскости Местного

скопления галактик

Но, как показал наш анализ,

избыточный поток частиц

наблюдается со стороны

галактических широт 20°>Ь>-30°,

т е, скорее всего, космические

лучи являются галактическими

Таким образом, двумерный анализ

распределения ливней указывает на

галактическое происхождение Рис 3 Распределение ливней с энергией (0 8-4)х1019 эВ по галактической широте Ь через космических лучей

интервалы широт 3° а) до удаления ливневых в области энергий (0 8-4)х1019

событий вокруг 2-х групп пульсаров, Ь) после

удаления ливневых событий эВ со стороны галактической

плоскости обнаружен избыток прямого потока частиц Превышение числа ливней над ожидаемой величиной в случае изотропии при галактических широтах |Ь|<3° составляет 4 1а (рис За)

В галактической модели происхождения предсказывалась [3] северо-южная асимметрия в распределении частиц сверхвысоких энергий по галактическим широтам Северо-южная асимметрия может возникнуть из-за влияния на траектории частиц магнитного поля Галактики На рис 4 показана североюжная асимметрия направлений прихода ливней в пределах энергетического интервала 1018 - Ю20 эВ по данным установки Якутск Асимметрия дана согласно формуле Rns= ni/n2x(S2/Si) , где пь п2 - число ливней при широтах Ь>0° и Ь<0° соответственно, Si, S2 - экспозиции небесной сферы с широтами Ь>0° и Ь<0° на установке ШАЛ Методика определения экспозиции небесной сферы на любые установки ШАЛ описана ниже В случае изотропного распределения первичного излучения ожидается Rns=l Выше энергии 5х1018 эВ отношение экспозиций север-юг на Якутской установке ШАЛ равно S2/S1 = 2 96 Как

I а.аьпмсская широта ipni

видно из рис 4, параметр Rns

достигает максимального

отклонения от изотропии

при энергии Е ~1019 эВ - R,ls

= 0 61±0 Об

Величина отклонения Rns

от изотропии Rns=l равна

6 5сг, где 6 5a~(l-Rns)/SRns

Проведенные расчеты

траекторий частиц в

магнитном поле Галактики с

учетом нерегулярностей пунктир - ожидаемая величина в случае изотропии

магнитного поля

показывают, что северо-южную асимметрию в распределении частиц по галактической широте можно объяснить, если частицы состоят в основном из ядер железа галактического происхождения

Приведены относительные энергетические спектры космических лучей с энергией Е>8х1018 эВ по различным направлениям небесной сферы Показано, что энергетические спектры ливней по данным установок (Якутск и Haverah Park) до энергии Е~2х1019 эВ говорят о тенденции превышения интенсивностей со стороны галактической плоскости, а не со стороны полюсов Галактики

Как показано в [4], амплитуды гармоник ряда Фурье не описываются нормальным законом распределения, скорее всего, они подчиняются распределению Рэлея Для более точной оценки ошибок амплитуд гармоник был проведен розыгрыш случайных событий по прямому восхождению и оценена величина амплитуды этого распределения Полученные случайные амплитуды оказались в 14 раза больше, чем случайная амплитуда, определенная по классической формуле 8А=-*/2/л, где п число рассматриваемых событий

и _I_,_• _I__1

180 185 190 195 20 0

log(E) эВ

Рис 3 Северо-южная асимметрия R1K=ni/n2X(Sj/Si) в зависимости от энергии ливней Кривые -ожидаемые в случае протонов Р и железа Fe,

Предложен новый метод определения ожидаемого числа ливней из

отдельных участков небесной сферы в случае изотропного распределения

космических лучей в пространстве, основанный на розыгрыше случайных

событий Случайные события разыгрывались по зенитному 0 и азимутальному

Ф углу наблюдения в горизонтальной системе координат, связанной с

установкой, в соответствии с характером изменения относительно этих углов

эффективной площади регистрации установки S и телесного угла наблюдения

Q участков небесной сферы Полученные события рассматривались как

случайные ливни Разыгрывая равномерно время прихода ливней в течение

солнечных суток, можно перейти от горизонтальной системы координат к

экваториальной и галактической системам координат, а также к системе

координат Местного скопления галактик Далее, нормируя общее число

событий на наблюдаемое число ливней и математически определяя желаемую

область небесной сферы, можно найти ожидаемое число ливней в случае

изотропии первичного излучения из любых участков небесной сферы в любой

системе координат Данный метод оценки ожидаемого числа событий в случае

изотропии первичного изучения позволил более точно оценить вероятность

наблюдения определенного числа событий из отдельных участков небесной

сферы по сравнению с другими методами

Предложены функции, описывающие распределения ливней по зенитному

углу 0 - n(0)d0 и по азимутальному углу ф - равномерно Данные функции

могут быть одним из критериев корректности оценки энергии ливней в

зависимости от углов 0 и ф

Вторая глава посвящена поиску прямых потоков частиц от известных

радио, оптических и рентгеновских источников Рассмотрены точечные

источники Cyg Х-3, Her Х-1 За период с 1984 г по 1986 г наблюдался

повышенный поток частиц (22 события вместо ожидаемой величины 10 7) с

энергией Е~(2-3)х1017 эВ со стороны источника радио, рентгеновского и гамма

излучений Cyg Х-3 Превышение наблюдаемого числа ливней п„абл над

ожидаемым п„*мд составило 3 4а Фазовый анализ 22 событий с периодами 4 8ч

11

и 328 дней [5] не дал статистически значимой амплитуды 1-й гармоники Также за вышеуказанный период времени по данным установки ШАЛ Fly's Eye при энергии Е>5х1018 эВ наблюдался повышенный поток частиц от Cyg Х-3

Оценен верхний предел потока частиц с энергией Е>5х1017 эВ со стороны точечных источников Cyg Х-3 и Her Х-1, он равен (1 1 ± 0 4)х10"17 см_2хс"1 и (8 4±3 3)х10"18см"2с"', соответственно

Оценена доля нейтральных частиц в составе космических лучей выше энергии Е>5х1018 эВ При энергии первичных частиц Е~5х1018 эВ длина пути траекторий нейтронов до их распада составляет -30 кпк Исходя из этого, оценено ожидаемое соотношение доли нейтральных частиц при разных углах обзора вдоль и поперек диска Галактики в случае галактического происхождения космических лучей Сравнение наблюдаемого и ожидаемого числа ливней показало, что доля нейтральных частиц составляет не более (16±4)%

По данным мировых установок ШАЛ с энергией Е>1019 эВ при угловых расстояниях между ливнями 0=3° обнаружены 4 кластера в распределениях направлений прихода космических лучей Данные кластеры распределены изотропно по небесной сфере

По данным установки Якутск в интервалах энергий Е=10187 - 1019 эВ и 1019 - 10193 эВ при широтах |Ь|<3° число дублетов превышает ожидаемую величину на 11а = (474-288 9)/V288 9 и 8 7о = (54-17 5)/Vn3 В то же время превышение числа ливней, из которых состоят дублеты, над ожидаемой величиной оказывается меньше, чем вышеприведенные величины Например, при энергии 1019 - 10193 эВ оно составляет всего 2 4ст Данный факт указывает, что по распределению дублетов нельзя делать выводы об обнаружении анизотропии космических лучей, но, в то же время, максимум в распределении дублетов может быть возможным индикатором наличия анизотропии космических лучей

Обнаружено два

максимума в распределении ливней с энергией ~ 1019 эВ вдоль галактической

плоскости, которые

коррелируют с ближайшими пульсарами РБШЗ154+61 и РБЯ 2334+61, имеющими большие величины магнитных полей и электрических потенциалов Например,

пульсар РБИ 2334+61 имеет наибольшую величину

магнитного поля Н-1013 33 Гс среди пульсаров в северном полушарии на расстоянии менее 3 кпк от Земли

Показана связь между пульсарами и максимумами в распределении ливней и кластеров на небесной сфере Рассмотрены две группы пульсаров (рис 5), расположенные в галактической плоскости (1-я группа - при широтах Ь ~ 0° и долготах 1 - 130°, 2-я группа - при широтах Ь ~ 0° и долготах 1 - 115°), со стороны которых в энергетическом интервале Е = 8х1018 - 4х1019 эВ при |Ь|<3° наблюдается превышение числа частиц на величину 4 1а над ожидаемой величиной (рис За) Для того чтобы выяснить связь между пульсарами 1, 2 (рис 5) и максимумами в распределении ливней (рис За), рассматривалось распределение ливней в предположении отсутствия ливневых событий со стороны двух групп пульсаров Для этого удалялись ливни вокруг этих пульсаров на расстоянии до 3° (внутри четырехугольников 1 и 2, рис 5) После удаления ливней максимум в распределении ливней при широте |Ь|<3° практически исчезает (рис ЗЬ).

В распределении дублетов по широте Ь5о Местного скопления галактик

Дева (рис 6а) при координатах -9°<Ь5С,<-6° было найдено превышение числа

13

МО

Рис 5 На равноэкспозиционной карте небесной сферы показаны группы пульсаров Четырехугольниками выделены области вокруг 3-х групп пульсаров, внутри которых удалены ливни

дублетов над ожидаемой

величиной на 9 а Данное

превышение числа дублетов

(также и частиц) со стороны

плоскости Местного скопления

галактик многими авторами

интерпретировано как появление

внегалактической компоненты

частиц Чтобы выяснить, откуда

появляется данный поток

дублетов (частиц), мы

рассмотрели пульсары вблизи

Местного скопления галактик при 10 9 - 1019 3 пересечения плоскостей

эВ а) до удаления ливневых событий вокруг

2-х групп пульсаров, Ь) после удаления Галактик и Местного скопления

ливневых событий

галактик в пределах

галактических широт -20°<Ь<10° и долгот 140°<1<160° (рис 5, четырехугольник 3) Внутри четырехугольника находятся 8 пульсаров (РБМ 0332+5434, 0343+5312, 0357+5236 0358+5313, 0335+4555, 0323+3944, 0454+5543, 1012+5307) Затем ливни, направления прихода которых лежат внутри четырехугольника 3, были удалены Если максимум в распределении дублетов превышал ожидаемую величину на 9а до удаления ливневых событий, то после их удаления внутри четырехугольника превышение максимума в распределении дублетов уменьшилось до 2.4а (рис 6Ь) Таким образом, максимум в распределении дублетов со стороны плоскости Местного скопления галактик не обусловлен внегалактическими источниками, а вызван, скорее всего, галактическими пульсарами

Далее для оценки массового состава космических лучей сверхвысоких энергий применен новый подход, использующий надежно установленную величину магнитного поля Галактики и хорошо определяемое как теоретически, так и экспериментально распределение ливней по галактической

60 - 40 - 20 0 20 40 60 8 Сверх! алактич с а; т широ га, град

60 -40 -20 О 20 40 60 Свфхгэлаюическая широта град.

Рис 6 Распределение дублетов по широ

Рис 7 Наблюдаемые (кружочки) и ожидаемые (штрихи) числа ливней внутри угла 6 (град ) широте от пульсаров по направлениям а) - со всей видимой части сферы, 5 > 2°, Ь) со стороны гало Галактики, с) со стороны антицентра основном, из тяжелых ядер Галактики, (1) со стороны Местного рукава,

широте Модельными

расчетами траекторий частиц в магнитном поле Галактики найдено ожидаемое число ливней по галактической широте в случае

двухкомпонентного состава протоны р и ядра железа Бе Сравнение наблюдаемого и ожидаемого распределений числа ливней по галактической показывает, что космические лучи состоят, в

р~2х10 В главе 3 анализируются

направления прихода космические лучей с энергией Е ~ 1019 эВ Рассмотрена возможная связь между направлениями прихода космических лучей с энергией Е>8х1018 эВ и координатами пульсаров В отличие от других подобных работ, корреляция между направлениями прихода ливней и пульсарами искалась по 4-м отдельным направлениям небесной сферы (рис 7) 1) по всей видимой установкой области, 5 > 2°, 2) в сторону гало Галактики - |Ь|>30°, Ь -галактическая широта, 3) в сторону антицентра Галактики - |Ь|<30° и 120°<1<240°, 1 - галактическая долгота, 4) в сторону Местного рукава Последний выбор направления обусловлен тем, что величина отклонения частицы магнитным полем на пути от источника к Земле зависит от ориентации вектора движения частицы к силовым линиям магнитного поля Вдоль силовых линий магнитного поля Местного рукава отклонения частиц на пути от источника будут минимальными, и вероятность корреляции частиц с источниками будет большая Нами обнаружена корреляция между

направлениями прихода

космических лучей с энергией Е ~ 1019 эВ и пульсарами, расположенными только вдоль Местного рукава Галактики Вероятность случайности

корреляции Р ~ 2x10"4

Обнаружено, что вокруг двух первых групп пульсаров (рис 5), расположенных в галактической плоскости, внутри углового расстояния 6° число наблюдаемых частиц с энергией Е = (0 8-4)х1019 эВ превышает ожидаемую величину в случае изотропии на - 5ст Также обнаружена группа пульсаров со стороны центральных областей Галактики при координатах 8 ~ 20° и ИА - 295°, у которой внутри углового расстояния 4° от них число наблюдаемых частиц превышает ожидаемую величину в случае изотропии на ~ 5а Найдены отдельные пульсары, со стороны которых наблюдаются повышенные потоки частиц Например, внутри углового расстояния 0<6° от пульсара РБЯ 2351+61 число наблюдаемых событий (19 частиц) превышает ожидаемое число 6 3 на ~ 5а

Обнаружен 21 пульсар (рис 8), со стороны которых внутри углового расстояния 6<9° наблюдается число ливней с энергией Е = (0 8-4)х1019 эВ, превышающее ожидаемую величину более чем на За Анализ направлений прихода ливней вокруг этих 21 пульсара привел к обнаружению градиентов в распределении частиц на небесной сфере с центром в 12 пульсарах (рис 8)

О град

е град

Рис 8 Отношения наблюдаемого числа ливней Пнзбл к ожидаемой величине Пожил в случае изотропии в зависимости от угла 0 а) пульсары с 8 > 55°, Ь) - пульсары с 8 < 26°

Проведена условная

классификация ливней на отдельные классы по содержанию мюонов

Обнаружено 4 класса ливней, доля которых в общем числе ливней составляет 1) ливни без мюонной компоненты выше порога регистрации детекторов -~1% (порог регистрации мюонов ~ 1 ГэВ), 2) ливни, бедные мюонами -~1%, 3) ливни с обычным содержанием мюонов - 97%, 4) ливни, богатые мюонами, <1% Исходя из теоретических работ, можно сказать, что, вероятнее всего, ливни без мюонов образованы нейтральными (гамма) частицами, а ливни с обычным содержанием мюонов - заряженными частицами Ливни, богатые мюонами, имеют в основном энергию Е>4х1019 эВ, и не исключается, что первичные частицы, породившие эти ливни, являются тяжелыми ядрами

Половина ливней без мюонов (рис 9) образует кластеры кластер 1 с 4 ливнями и 3 дублета, которые коррелируют с ближайшими пульсарами

Четвертая глава посвящена анализу космических лучей с энергией Е>4х1019 эВ Вначале определялось, имеется ли корреляция между направлениями прихода ливней и пульсарами В результате анализа обнаружена корреляция космических лучей с энергией Е> 4х1019 эВ с пульсарами, расположенными вдоль силовых линий магнитного поля Местного рукава Из 11 ливней, пришедших со стороны Местного рукава внутри £2<45° от оси силовых линий магнитного поля, 10 ливней находятся внутри угла 0<6° от пульсаров (£абл 1)

¡■ю'

[Л)Т7ГГ1 тот ! \яо 1 г / I \в* \ \\

Уча • 1 ' м +-1 '] Х/^Лу

(. да*

Рис 9 Распределение ливней без мюонов (черные точки) и ливней бедными мюонами (окружности) в системе экваториальных координат § и ЯА Кластеры 1 -4, состоящие из ливней без мюонов, показаны большими окружностями

Таблица 1

Ливни с Е>4х1019эВ и пульсары со стороны Местного рукава, которые коррелируют между собой внутри углового расстояния 0<6°

п Дата ИА, 5, Пульсар, Рассто- Т,

прихода град град РБЯ яние, лет

ливня кпк

1 16 01 88 87 36 3 0045+33 36 691

2 26 01 96 21 3 45 7 0053+47 10 6 32

3 19 10 89 24 0 57 0 0136+57 28 5 61

4 1 12 91 235 4 79 8 1322+83 07 7 27

5 21 02 99 274 2 54 5 1839+56 1 6 7 24

6 15 12 89 283 5 29 3 1912+25 20 7 64

7 4 11 85 297 3 45 2 1953+50 17 6 78

8 13 01 95 314 8 57 8 2045+56 85 5 83

9 26 10 85 335 2 51 0 2217+47 24 6 49

10 8 02 83 342 9 65 8 2224+65 20 6 05

Вероятность случайности обнаружения 10 ливней из 11 внутри 9<6° от пульсаров Р-0 05 За пределами Местного рукава £2>45° из оставшихся 18 ливней только 6 находятся внутри углового расстояния 0<б° от пульсаров Вероятность случайности такого события Р - 0 7

Показано, что все 3 ливня с энергиями Е>1020 эВ (табл 2), направления прихода которых лежат за пределами Местного рукава £2>45°, находятся внутри углового расстояния от ближайших пульсаров <6° (пульсары расположены от Земли на расстоянии менее 1 7 кпк)

Предложен новый подход к оценке состава космических лучей на основе четко установленных экспериментальных фактов По данным установок Якутск и АО АЗ А установлено, что распределения ливней по зенитному углу при Е>1019 эВ и Е>4х1019 эВ отличаются друг от друга

Таблица 2

Ливни с Е>1020 эВ и пульсары, которые находятся внутри углового расстояния 9<6° от них

п Дата Е, эВ RA, 5, Пульсар, LgH, D, LgT,

град град PSR Гс КПК лет

1 07 05 89 15Е+20 75 2 45 6 0458+46 12 3 1 7 63

2 21 12 77 1 1Е+20 150 7 16 1 0940+16 12 0 1 6 73

3 18 02 04 1 6Е+20 70 9 70 6 0410+69 11 2 16 79

Примечание Н - магнитное поле пульсара, D -расстояние до пульсара, Т - возраст пульсара Ось ливня с номером 3 лежит за периметром установки

Показано, что по данным установки Якутск доля мюонной компоненты в ливнях при энергиях Е>1019 эВ и Е>4х1019 эВ также отличается друг от друга Ранее в работах нашей группы было показано, что при энергии Е>1019 эВ имеет место постепенный рост доли мюонов с энергией, причем самый большой по энергии ливень с Е~1 2x1020 эВ состоит из одних мюонов Оба вышеприведенные факта интерпретированы нами как изменение массового состава космических лучей при энергии Е>4х1019 эВ в сторону утяжеления

Примененный нами метод сравнения наблюдаемого и ожидаемого чисел ливней по зенитному углу позволил сделать выбор между двумя способами оценки энергий, предложенными австралийскими физиками, по данным установки ШАЛ SUGAR Согласно нашему критерию, оценка энергии ливней по модели " Хиллас-Е" является более правильной В соответствии с данной моделью установкой SUGAR зарегистрировано 8 ливней с энергией Е>1020 эВ, и соответственно спектр космических лучей продолжается без обрыва при Е>4х1019 эВ

Далее рассмотрена

проблема происхождения

кластеров в космических лучах Показано, что при энергии Е<2х1019 эВ кластеры представляют ливни, направления прихода которых сблизились под влиянием различных случайных факторов (магнитные поля и т д) Для области энергии Е>2х1019 эВ выдвинута новая гипотеза происхождения кластеров По нашему предположению,

кластеры при Е>2х1019 эВ состоят из частиц, которые образованы в процессах типа у всплесков (ОШЗ) или при распаде сверхтяжелых ядер При одинаковом массовом составе первичная частица с самой большой энергией придет к Земле первой Число дублетов, у которых лидирует частица с большой энергией, по данным установки Якутск, выше энергии Е>2х1019 эВ составляет ~ 70%, по данным АвАБА ~ 80% (рис 10)

Показано также, что доля ливней с энергией Е>5х1018 эВ, образующих кластеры, уменьшается с энергией

Пятая глава посвящена разработке галактической модели происхождения частиц сверхвысоких энергий и сравнению полученных результатов с экспериментальными данными Рассмотрены бисимметричная, знакопостоянная и знакопеременная модели магнитного поля диска Галактики

Основная компонента бисимметричного магнитного поля является азимутальной (Нф) Данная компонента поля меняет свой знак при переходе от одного рукава к другому рукаву Галактики Около Земли величина регулярной составляющей магнитного поля равна ~ 2 мкГс, она имеет направление в

65 ■ 4 ■

СИ.

3 ■ 2 •

1- • \

18,5 19,0 19,5 20,0

1о§(Е), эВ

Рис 10 Отношения числа дублетов 1<= ^(ЕО/^Е,) ЫКЕ]) - дублеты, у которых частица с энергией Е|>Е; приходит первой к Земле, - дублеты, у которых частица с

Е1>Е2 приходит второй

сторону антицентра Галактики 1-90° Азимутальная компонента магнитного поля диска в цилиндрической системе координат (г,<р,г) имеет вид

Нф= д(г)Ь(г,2)е(г,<р),

где величина (2(г) зависит от расстояния силовых линий поля до центра Галактики г

О (г) =10 мкГс х ехр(-г2/4), Ь(г,г^(г,ф)=1 при г < 4 кпк, <2(г) = 0 при 4< г < 7 кпк,

<2(г) = ЗмкГсхз1п(2п(г-7)/4))ехр(-(г-9)2/4) при г > 7 кпк

Согласно динамо-механизму образования магнитного поля Галактики на расстоянии 4<г<7 кпк от центра Галактики не должно быть магнитного поля При расстояниях г>7 кпк величины Ь(г,г) и §(г,ф) равны

Ь(г,г) = ехр(-(г/г0)2), где г0= 0 15хл/(1+(г/4)2, И(г,ф) = 1/5(1+4со82(ф-ф0)), где ф0=1/кх1п(г/г0) - уравнение спирали, к = 0 086, г0 = 4 3 кпк

Отношение компонент магнитных полей Нг и Нф определяется следующим образом Н/Н,р= - tg(180), и перпендикулярная компонента поля к диску Галактики Н2 определяется через уравнения Максвелла «¿IV Н =0 и при г—Нг—>0

Предложена новая гипотеза образования магнитного поля гало Галактики -поле гало может образоваться за счет выхода магнитного поля диска в результате неустойчивости гидростатистического равновесия системы газ-магнитное поле-космические лучи Уравнение гидростатического равновесия по направлению координаты г, перпендикулярной диску

(Ркл(г)+Н2(2)/8л+Рг(г)) = -pr(z)gz,

dz

(1)

где PK1 - давление космических лучей, H - магнитное поле, Рг, рг - давление, плотность газа, gz - составляющая гравитационного ускорения по z, Давление газа Pr=pr<u2>, где <и2> - среднеквадратичная мелкомасштабная скорость газа в вертикальном направлении

Когда магнитное поле усиливается из-за дифференциального вращения диска Галактики со временем t, магнитное поле расширяется, увлекая за собой газ Система газ-магнитное поле-космические лучи начинает постоянно расширяться и выходит за пределы диска в гало Галактики При этом шкала высоты газа растет, и равенство давлений устанавливается заново по формуле (1) Решение уравнения при условии, когда полное давление в межгалактическом пространстве мало и давление газа, космических лучей и магнитного поля уменьшается с ростом координаты z в одинаковой пропорции от плотности газа рг, будет

Pr(z) = Pr(0)e"z/A,

где шкала высоты газа А равна

А = <u2>(l+A+K)/gA, (2)

А = H2/87tpr<u2>, К = РкЛ/рг<и2>, gA ~ среднее значение g(z) в пределах шкалы высоты Магнитное поле усиливается со временем, следовательно, постоянная А зависит от времени А = A(t) Примем высоту гало равной шкале высоты газа А Магнитное поле в движущейся электропроводящей среде подчиняется уравнению индукции

с1Н/ск = гсп[ ух Н]+БА Н,

где Б = с2/4лст - коэффициент диффузии, а - проводимость среды

Для простоты считаем, что существует только азимутальная компонента поля При достаточно высокой электропроводности среды решение имеет вид

Н(г,1) = еу,Н(г,1=1о)

Отсюда А(1)=А(1=1о)е2у< Конечно, учет некоторых факторов (электропроводности среды и спирального характера силовых линий магнитного поля и т д) приведет к более умеренному росту величины магнитного поля Подставляя значение А(1) в уравнение (2) и вычисляя из простых геометрических построений, получаем

Л = Ьа(2+е2у,)/3,

где Ьа = \'(<иг>(1+А(1=10)+К)/2яГрг) - высота диска, f - гравитационная постоянная, ~ 400 пк

Как видно из этой формулы, существование такого механизма образования магнитного поля гало вполне возможно Расширение системы газ-магнитное поле-космические лучи не может быть бесконечным - оно ограничено из-за гравитации В нашей Галактике, по некоторым данным, величина ускорения уменьшается, начиная с высоты т. = 3 кпк

Нами принято, что поле в гало имеет в основном азимутальную компоненту, равную полю диска при высоте ъ = ± 0 3 кпк, и спадает по экспоненте Азимутальная Нф и радиальная Нг компоненты магнитного поля гало равны

Н(р— На|г=±0 3 кпк хехр((|г|-0 3)/2), Нг = Нф/10,

Также принято, что нерегулярная компонента меняется в пределах -1 5 - +1 5 мкГс случайным образом каждые 500 кпк

Далее мы определили среднее время жизни частиц в диске Галактики для знакопостоянной модели магнитного диска с учетом магнитного поля в гало Галактики Вычисление среднего времени жизни частиц в диске для других моделей диска дает практически такой же результат Более существенное влияние на среднее время жизни частиц дает учет г-компоненты поля, которая следует из уравнения Максвелла <11У Н=0

Среднее время жизни частиц показано на рис 11 Как видно из этого рисунка, частицы (антипротоны) при жесткости EÍZ<\Qli В - заряд частицы) удерживаются полем диска и гало, а при Е/21>1018 В свободно выходят из него При Е/2>1018 В наблюдается постепенное увеличение времени Т с энергией Е (с увеличением энергии частиц их траектории становятся более прямолинейными, и вклад с дальних расстояний вдоль диска Галактики растет)

На рис 11 мы видим, | что с увеличением величины

6 • ' г-компоненты магнитного

поля уменьшается время жизни частиц с Е/г<1018 В в диске Галактики Как следует из пропорциональности

17 18 19 20 21 1од(Е£), В

лучей и времени жизни частиц 1(Е) ~ Т<1(Е), при ЕП ~ 1018 В будет наблюдаться излом (уполаживание) в энергетическом спектре

интенсивности космических

Рис 11 Среднее время жизни частиц (антипротонов) в диске Галактики в зависимости от г - компоненты магнитного поля Нг 1 -Н2 = 2x107 Гс, 2 - Н2 = 7x108 Гс, 3 - Н2 = 2хЮ 8 Гс, • - Нг = 0

8

космических лучей

Частицы с Е/г = 1018 В в основном движутся вдоль силовых линий магнитного поля Местного рукава Галактики Учет г-компоненты магнитного поля при вычислении траекторий частиц показывает, что частицы сходят с устойчивых траекторий вдоль силовых линий магнитного поля и относительно быстрее выходят за пределы

компоненте магнитного поля Нг=7хЮ"7 Галактики

Гс на галактической (х,у) и

меридиональной плоскостях (X,г) Как видно из рис 12, проекции

траекторий частиц на плоскость Галактики наблюдаются в основном на расстоянии 3-5 кпк от Земли. Особенно этот эффект наблюдается для частиц с Е/г > 1018 В К этому можно добавить эффект рассеивания траекторий частиц на неоднородностях магнитного поля Галактики Рассеивание на неоднородностях магнитного поля также значительно способствует уходу частиц с устойчивых траекторий вдоль силовых линий магнитного поля рукавов Но сильнее всего на уходе частиц с устойчивых траекторий вдоль силовых линий сказывается учет г-компоненты поля (рис 12)

Итак, вычисление траекторий частиц в магнитном поле Галактики с учетом г-компоненты поля показывает

1) второй излом энергетического спектра космических лучей будет наблюдаться при жесткости Е1Ъ ~ 1018 В

2) источники большинства наблюдаемых частиц при Е/7>\0{% В, скорее всего, находятся не далее 3-5 кпк от Земли

Рис 12 Проекции траекторий антипротонов с Е=1018 эВ при ъ-

Нами рассмотрены центр (ГЦ) и диск Галактики как возможные источники космических лучей сверхвысоких энергий В первом случае вычислялись траектории протонов из центра Галактики, во втором случае -траектории антипротонов с Земли Рассматривалось знакопеременное магнитное поле диска и азимутальное поле гало Направления вылета частиц разыгрывались случайным образом равномерно по сфере, число разыгранных направлений в каждом случае равно 224 Анизотропия вычислялась следующим образом В диске на расстоянии г=8 кпк выделялся цилиндрический слой (кольцо - 8<г<9 кпк и |г|<3 кпк) и для ГЦ подсчитывались длины траекторий с проекциями вектора скорости Уг> 0 и Уг< О на цилиндрический слой Суммарная длина траекторий с V, > 0 в диске Галактики принималась за 1тах и с V, < 0 - за 1гот. Анизотропия вычислялась по формуле

8 — (1тах—■1т1п)/(1тах"^1тш)

Для модели с однородным распределением источников ожидаемая интенсивность потока частиц I принималась равной длине траекторий частиц в диске Галактики, и определялись 1тах, 1т1П

В табл 3 приведены результаты вычисления ожидаемой анизотропии В рассмотренной модели регулярного магнитного поля с источником в ГЦ частицы вблизи Солнца движутся почти исключительно от центра, и анизотропия при Е/2> 1018 В оказывается максимально возможной (100%), это явно противоречит экспериментальным данным, согласно которым вообще не обнаруживается анизотропия, связанная с ГЦ Конечно, анизотропию можно несколько уменьшить ценой увеличения величины магнитного поля, но эксперименты не обнаруживают анизотропии, связанной с ГЦ даже на уровне нескольких процентов К тому же мы намеренно не учитывали компоненту

Таблица 3

Ожидаемая анизотропия космических лучей для модели ГЦ и для модели с однородным распределением источников в диске

Жесткость Е/г,

1018 В

1

3 5 10

Анизотропия 5

Модель ГЦ 0 64 1 0 1 О 1 О

Однородная модель 033 0 42 0 29 0 34

поля Нг, перпендикулярную к плоскости Галактики и это еще более увеличивает анизотропию в модели ГЦ

Ярким проявлением тех же трудностей модели ГЦ является время жизни частиц в Галактике Вычисленное время жизни частиц с жесткостью Е^~1018 В меньше 105 лет, в то время как в нестационарной модели ГЦ требуется 107 лет Увеличение магнитного поля до 10 мкГс увеличивает время жизни только до 106 лет Отметим, что эти времена жизни уменьшаются при учете Н2 компоненты поля

Таким образом, сколько-нибудь реалистическое описание регулярного галактического магнитного поля не позволяет удерживать частицы с жесткостью в Галактике в течение 10 лет В стационарных моделях

ГЦ возникает слишком большая анизотропия, связанная с ГЦ, противоречащая экспериментальным данным

Предложен метод обнаружения и оценки величины регулярного азимутального поля гало по характерным траекториям частиц, вылетающих из

центра Галактики Приведена зависимость угла прихода частиц от их энергии при азимутальном характере магнитного поля гало

b = arcsin(150ZdH/E), 1-0°,

где Z - заряд частицы, d в см - расстояние от Земли до источника, Н в Гс -средняя величина напряженности магнитного поля гало, Е в эВ - энергия частицы, 1 - галактическая долгота

Если магнитное поле гало ниже галактической плоскости имеет направление 1~270°, то эффект фокусировки поля будет наблюдаться только со стороны отрицательных галактических широт ниже галактической плоскости со стороны центра Галактики Этот эффект со стороны отрицательных галактических широт может быть обнаружен только южными установками ШАЛ, начиная с энергии Е>Е,ф (при Н=2х10"6 Гс, d=8 кпк, h=5 кпк (высота гало), Z=1 для протонов критическая энергия равна Е,ф ~ 7х1018 эВ, для ядер железа Fe - Еф ~ 2x1020 эВ)

Обнаружение потока частиц из центра Галактики позволит оценить величину, характер магнитного поля гало Также можно сделать определенные заключения о природе самих частиц, измеряя зависимость угла прихода частиц относительно галактической плоскости от ее энергии По данным установки SUGAR имеется небольшой максимум в направлении галактического центра ниже галактической плоскости, но для определенного вывода достигнутой статистики недостаточно

Ожидаемая анизотропия космических лучей сверхвысоких энергий определена более детально в галактической модели происхождения частиц в случае, когда источники распределены равномерно по диску Галактики В качестве магнитного поля Галактики мы рассмотрели знакопостоянную и знакопеременную модели магнитного поля диска За пределами диска существует магнитное поле гало с теми же параметрами, как и раньше

28

Интенсивность космических лучей прямо пропорциональна длине траекторий антипротонов в области источников - в диске Галактики

Как показывают расчеты, если космические лучи являются протонами, то амплитуда анизотропии оказывается намного выше наблюдаемых экспериментальных значений Относительно небольшую наблюдаемую величину анизотропии можно объяснить в галактической модели происхождения космических лучей, если первичные частицы являются, в основном, тяжелыми ядрами

В заключении сформулированы основные результаты работы

Основные результаты, выносимые на защиту:

1 Результаты анализа экспериментальных данных, свидетельствующие о наличии значимой анизотропии в угловом распределении космических лучей при энергии Е>1018 эВ,

2 Разработанный метод определения ожидаемого числа частиц из отдельных участков небесной сферы в случае изотропного распределения космических лучей, дающий более надежную оценку по сравнению с известными ранее методами в случае малой статистики данных

3 Результаты анализа экспериментальных данных, позволившие установить наличие избыточного потока космических лучей с энергией Е-1019 эВ из галактической плоскости

4 Результаты анализа экспериментальных данных, позволившие установить значимую корреляцию между направлениями прихода космических лучей с энергией Е ~ 1019 эВ и пульсарами, расположенными вдоль Местного рукава Галактики

5 Результаты теоретических расчетов траекторий распространения заряженных частиц сверхвысоких энергий в магнитном поле Галактики, свидетельствующие о том, что наблюдаемое угловое распределение

космических лучей с энергией Е<1019 эВ совместимо с их галактическим происхождением

6 Результаты анализа экспериментальных данных и теоретические расчеты, позволившие получить обоснованное заключение о галактическом происхождении основной доли космических лучей с энергией 1018 -1019 эВ

Список основных публикаций автора по теме диссертации:

1 Егоров Т А , Ефимов Н Н , Михайлов A.A., Старостин С К О возможном галактическом происхождении космических лучей с энергией вплоть до 1019эВ // Характеристики широких атмосферных ливней космических лучей сверхвысоких энергий -Якутск, 1976 - С 113-118

2 Михайлов A.A. Расчет времени жизни частиц в Галактике// Характеристики широких атмосферных ливней космических лучей сверхвысоких энергий - Якутск, 1976 - С 169-170

3 Михайлов A.A. О времени экспозиции отдельных участков неба установками ШАЛ // Бюл НТИ Проблемы космофизики и аэрономии -Якутск, 1982, апрель - С 37-38

4 Михайлов А. Центр Галактики как возможный источник космических лучей // Астрон ж - 1979 - Т 56 -С 505-509

5 Михайлов A.A., Сыроватский С И О регулярной компоненте магнитного поля в галактическом гало // Письма в АЖ - 1980 - Т 6 - С 141-145

6 Березинский В С , Михайлов A.A. Может ли галактический центр быть источником наблюдаемых космических лучей сверхвысоких энергий 9 // Письма в АЖ - 1984 - Т 10 - № 4 - С 269-274

7 Ефимов Н Н , Михайлов A.A. Местное Сверхскопление как возможный

источник космических лучей с энергиями выше 4х1019эВ // Материалы Всесоюзной конференции по космическим лучам - Алма-Ата Каз ГУ 1989, ч 1 - С 43-44

8 Михайлов A.A. Энергетические спектры космических лучей с энергиями выше 1019эВ для различных направлений небесной сферы // Письма в АЖ -1989 -Т 15 -№7 - С 597-602

9 Ефимов Н Н , Михайлов A.A. Анизотропия космических лучей сверхвысоких энергий // Письма в ЖЭТФ - 1991 -Т54 - В2 -С 69-70

10 Дьяконов М Н , Ефимов Н Н , , Михайлов A.A. и др Космическое излучение предельно высокой энергии - Новосибирск Наука, 1991 -252 с

11. Михайлов A.A. Поиск точечных источников космических лучей сверхвысоких энергий // Письма в ЖЭТФ - 1993 - Т 57 - Вып 1-3 С 145 - 147

12 Артамонов В П , Афанасьев Б Н , Глушков AB, , Михайлов A.A. и др Современное состояние и перспективы Якутской комплексной установки ШАЛ // Изв АН Серфиз - 1994 - Т 58 -№12 - С 92-97

13. Михайлов A.A., Правдин М.И Поиск анизотропии космических лучей сверхвысоких энергий // Письма в ЖЭТФ - 1997 - Т 66 - Вып 5-6 -С 289 - 292

14 Михайлов A.A. Поиск корреляции между направлениями прихода частиц сверхвысоких энергий и пульсарами // Изв Академии наук Сер физ - 1999 -Т63 - №3 - С 556-559

15 Михайлов A.A. Направления прихода и химический состав космических лучей сверхвысоких энергий // Письма в ЖЭТФ - 2000 - Т 72 -

Вып 4 - С 233- 235

16 Михайлов A.A., Никифорова Е С Аномальные широкие атмосферные ливни в области сверхвысоких энергий и направления их прихода

// Письма в ЖЭТФ - 2000 -Т 72 - Вып 4 - С 229-232

17. Правдин М И , Иванов А А , Красильников АД,. , Михайлов A.A. и др Анализ анизотропии космических лучей с энергией около 1017 эВ по данным Якутской установки ШАЛ//ЖЭТФ -2001 -Т119 - Вып 5 -С 881-885

18 Правдин М И , Иванов А А , Красильников АД, , Михайлов A.A. и др

Анизотропия космических лучей по данным Якутской установки ШАЛ // Известия АН Сер физ -2002 -Т66 -№11 - С 1592-1595

19 Михайлов А.А. Космические лучи предельно высоких энергий и пульсары//Письма в ЖЭТФ -2003 -Т77 -Вып4 - С 181-183

20 Михайлов А.А. Оценка массового состава космических лучей с энергией выше 4х1019эВ // Письма в ЖЭТФ - 2004 -Т 79 - В 4 - С 175-177

21 Михайлов А.А. Градиент в распределении частиц сверхвысоких энергий //Ядерная физика -2006 -Т69 - №1 - С 41-45

22 Михайлов А.А., Ефремов Н Н , Никифорова Е С Классификация широких атмосферных ливней по мюонам в области сверхвысоких энергий // Письма в АЖ - 2006 - Т 83 - С 323-325

23 Berezinsky V S , Mikhailov А.А., Syrovatsky SI On the Galactic Origin of Cosmic Rays with Energies up to 1019 eV // Proc 16-th ICRC - Kyoto -1979 - Vol 2 -P 86-91

24 Efimov N N , Mikhailov A.A., Pravdin MI Anisotropy of Cosmic Rays of Superhigh Energies // Proc 18-th ICRC - Bangalore, 1983 - V 2. - P 149-152

25 Berezinsky V S , Mikhailov A.A. On a Possibility of Galactic Origin of Cosmic Rays with Energies up to 1019eV // Proc 18-th ICRC - Bangalore, 1983 -V 2 -P 174-177

26 Berezinsky V S , Mikhailov A.A. Possible Regions of Origin of Ultrahigh Energy Cosmic Rays in Our Galaxy // Proc 20-th ICRC - Moscow, 1987 - V 2 -P 54-57

27 Glushkov A V , Efimov N N , Efremov N N , , Mikhailov A.A. et al The Analysis of the Flux of Primary Particles with Eo>1017 eV from CYG X-3 // Proc Workshop on Very High Energy Gamma Ray Astronomy - Crimea, 1989 -P 177-181

28 Glushkov A V , Efimov N N , Efremov N N, .Mikhailov A.A. et al The Analysis of the Flux of Primary Particles with E0>1017 eV from CYG X-3 // Proc 21-st ICRC - Adelaide, 1990 - V 2 - P 64-66

29 Berezinsky V S , Gngoreva S I, Rubinstein H, , Mikhaiov A.A.....et al The

32

Propagation of the Ultra-High Energy Cosmic Rays (E>1018 eV) in the Galaxy // Proc ICRCInt Symp - Smgapoure, 1991 -P 134-139

30 Efimov N N , Mikhailov A.A. Search for Point Sources of Highest Energy Cosmic Rays // Astropart Phys - 1994 - V 2 - P 329-333

31. Mikhailov A.A. Estimation of Galactic Neutron Flux in Ultrahigh Energy Cosmic Rays // J Phys G , Nucl Part Phys - 1994, - V 20 - №5 - P 841-844

32 Uchihon Y , Hayashida N , Honda, , Mikhailov A.A. et al Cluster Analysis of Extremely High Energy Cosmic Rays in the Northern Sky // Proc Int Symp Ext High Energy Cosmic Rays Astrophys and Future Observatories - Univ of Tokyo, 1996 - P 50-60

33 Berezinsky V S , Mikhailov A.A. Anisotropy of Ultrahigh Energy Cosmic Rays in Dark Matter Halo Model//Phys Lett B - 1999 - Vol 449 -P237-239

34 Mikhailov A.A. The Possible Sources of Ultra-High Energy Cosmic Rays // Nucl Phys B (Proc Suppl) - 1999 -V 75A - P 359-361

35 Mikhailov A.A. Arrival Directions and Chemical Composition of Ultrahigh Energy Cosmic Rays // Nucl Phys B (Proc Suppl) - 2001 - V 97 - P 162-164

36 Mikhailov A.A. Pulsars Are Possible Sources of Cosmic Rays at E>4xl019 eV // Proc 28-th ICRC - Tsukuba, 2003 - V 1 - P 441-444

37 Mikhailov A.A., Efremov N N , Nikiforova E S , Timofeev V E Extensive Air Showers without Muon Component // Proc 29-th ICRC - Pune, 2005 - V 7 -P 235-238

38 Mikhailov A.A., Efremov N N , Timofeev V E Clusters of Cosmic Rays above4xl019eV//Proc 29-th ICRC - Pune, 2005 -V7 -P 231-234

Список цитируемой литературы

1 Navarro J , Bruyn A G , Frail D A A Very Luminous Binary Millisecond Pulsar // Astrophys J - 1995 - Vol 455 - L55-L58

33

2 Stanev T , Biermann P L , Lloyd-Evans J , Rachen J R , Watson A A The Arrival Directions of the Most Energetic Cosmic Rays // Phys Rev Lett - 1995 - Vol 75 - P 3056-3059

3 Сыроватский С И О возможности галактического происхождения космических лучей сверхвысоких энергий // Препринт № 151 /ФИАН им П Н Лебедева - М , 1969 - С 6

4 LinsleyJ Fluctuation Effects on Directional Data // Phys Rev Lett - 1975 -Vol 34 - P 1530-1533

5 Нешпор Ю И , Зыскин Ю Л О долгопериодических вариациях гамма-излучения Cyg Х-3 // Письма в АЖ - 1986 - Т.12 - №6 - С 452-457

Формат 60x84 716 Бумага офсетная Печать офсетная Гарнитура «Тайме» Уел п л 1,88 Тираж 100 экз Заказ № 35

Учреждение «Изда1ельство ЯНЦ СО РАН»

677891, г Якутск, ул Петровского, 2, тел /факс (411 -2) 36-24-96 E-mail kuznetso\ @psb ysn tu

Введение

1. Анизотропия космических лучей сверхвысоких энергий по данным Якутской установки ШАЛ

1.1. Якутская комплексная установка ШАЛ

1.2 Анизотропия космических лучей

1.3. Прямой поток космических лучей со стороны галактической плоскости

1.4. Северо-южная асимметрия

1.5. Энергетические спектры космических лучей по различным направлениям небесной сферы

1.6. Случайная амплитуда анизотропии

1.7. Оценка ожидаемого числа событий ШАЛ в случае изотропии по отдельным областям небесной сферы

Выводы

2. Поиск нейтральных частиц и кластеров

2.1. Поиск нейтральных частиц со стороны точечных источников радиоизлучений СYG Х-3 и HER Х

2.2. Поиск нейтральных частиц в первичном потоке космических лучей и от известных точечных источников

2.3. Кластеры в космических лучах

2.4. Кластеры - индикаторы анизотропии космических лучей 78 Выводы

3. Космические лучи с энергией Е ~ 1019 эВ

3.1. Направления прихода космических лучей с энергией Е ~ 1019 эВ и пульсары

3.2. Градиент в распределении частиц с энергией ~ 1019 эВ вокруг пульсаров

3.3. Поток частиц и пульсары

3.4. Направления прихода и химический состав космических лучей 108 3.5 Аномальные широкие атмосферные ливни в области сверхвысоких энергий

Выводы

4. Космические лучи с энергией Е>4х1019 эВ

4.1. Корреляция направлений прихода космических лучей с энергией

Е> 4х 1019 эВ с пульсарами

4.2. Оценка массового состава космических лучей с энергией выше 4х1019эВ

4.3. Кластеры в космических лучах сверхвысоких энергий 138 Выводы

5. Модельные расчеты движения частиц сверхвысоких энергий в магнитном поле Галактики

5.1. Магнитное поле Галактики 145 5.1.1 Магнитное поле диска по экспериментальным данным

5.1.1.1. Экспериментальные методы исследования

5.1.1.2. Магнитное поле по данным поляризации света звезд

5.1.1.3. Магнитное поле по данным фарадеевского вращения

5.1.1.4. Гипотезы о происхождении магнитного поля

5.1.2. Магнитное поле диска 158 5.1.2.1 Модель квазипродольного магнитного поля

5.1.2.2. Модель бисимметричного магнитного поля

5.1.2.3. Модели магнитного поля диска

5.1.3. Магнитное поле гало

5.1.3.1. Оценка магнитного поля и высоты гало

5.1.3.2. Модели магнитного поля гало

5.2. Среднее время жизни частиц в Галактике

5.3. Может ли Галактика быть источником космических лучей сверхвысоких энергий?

5.4. Центр Галактики как возможный источник космических лучей сверхвысоких энергий

5.5. Возможность обнаружения регулярного магнитного поля гало Галактики

5.6. Ожидаемая анизотропия космических лучей 186 Выводы 192 Заключение. Основные результаты 193 Литература 196 Приложение. Таблица

Диссертационная работа посвящена детальному исследованию анизотропии космических лучей с энергией Е> 1018 эВ и теоретическому рассмотрению галактической модели происхождения частиц сверхвысоких энергий. Анализ экспериментальных данных и теоретические модели происхождения космических лучей позволят правильно интерпретировать данные Якутской установки ШАЛ и помочь в решении проблемы происхождения космических лучей сверхвысоких энергий.

Актуальность проблемы

1 о

Происхождение космических лучей с энергией Е>10 эВ до конца не выяснено. Они могут образовываться в остатках сверхновых звезд, в нейтронных звездах, черных дырах, радиогалактиках, квазарах и т.д. Пока не определено, до каких энергий космические лучи являются галактическими, приходят ли на Землю внегалактические космические лучи? Выяснение этого вопроса является актуальной проблемой астрофизики космических лучей.

Космические лучи сверхвысоких энергий образуют в атмосфере Земли каскад вторичных частиц - широкие атмосферные ливни (ШАЛ). Эти вторичные частицы можно регистрировать наземными приборами.

Впервые в 1961 г. на установке Volcano Ranch был зарегистрирован ливень с энергией Е>6х1018 эВ. В 1963 г. на этой же установке был зарегистрирован ливень с энергией Е~10 эВ (Gunningham et al., 1980). С этого периода начинается изучение ливней с предельно высокими энергиями. В последующем и на других установках зарегистрированы ливни с такими высокими энергиями. Интенсивность ливней с энергиями

Е>10 эВ - ~ 6 ливней/(км2х 100 летхср). Сам факт существования ливней с такими большими энергиями является важным для астрофизики космических лучей.

Согласно данным установки AGASA, энергетический спектр космических лучей становится более пологим при Е>1019 эВ и продолжается

ЛЛ за энергией Е=10 эВ (Shinozaki, Teshima, 2004). По данным установок Haverah Park и Fly's Eye энергетический спектр космических лучей в области Е>4х1019 эВ не противоречит наличию обрезания из-за реликтового излучения (Nagano, Watson, 2000). Последние данные установки HiRes также показывают, что в области энергии Е>4х1019 эВ энергетическии спектр также обрывается (Bergman et al., 2005). По данным Якутской установки (ЯКУШАЛ) статистических данных недостаточно, чтобы сделать определенное заключение об обрыве или продолжении энергетического спектра космических лучей при Е>4х1019 эВ (Egorova et al., 2004).

Итак, измерения энергетического спектра различными установками не согласуются друг с другом. Данные одних установок показывают, что энергетический спектр испытывает экспоненциальное обрезание при энергии Е~5х1019 эВ, других - нет. Если частицы сверхвысоких энергий приходят с космологических расстояний, то выше энергии Е~5х1019 эВ из-за взаимодействия частиц с реликтовым микроволновым излучением интенсивность космических лучей должна резко (экспоненциально) уменьшаться (Зацепин, Кузьмин 1966, Greisen. 1966). На сегодняшний день, исходя из поведения энергетического спектра, трудно сделать вывод, являются ли космические лучи галактическими или внегалактическими.

Поэтому возникает необходимость тщательного изучения углового распределения космических лучей сверхвысоких энергий. Частицы сверхвысоких энергий менее всего подвержены влиянию магнитного поля Галактики, и направления их прихода могут дать важную информацию об их происхождении. Вариации интенсивности космического излучения могут быть связаны как с атмосферными явлениями (барометрический и температурный эффекты), так и с изменением ориентации установки относительно звездного неба. Нас будут интересовать вариации, обусловленные внеатмосферными причинами. Как отметили Nagano, Watson

2000), учет барометрического и температурного эффектов становится необходимым при исследовании вариаций космических лучей с погрешностью порядка или меньше 1%. Экспериментальные данные показывают, что в изучаемой нами области энергий Е>1018 эВ амплитуда анизотропии космических лучей значительно превышает 1%. Поэтому барометрические и температурные эффекты нами не рассматривались.

До 1974 г. по данным установок Хавера Парк, Волкано Ренч и Сидней в распределении ливней не найдено никаких признаков анизотропии вплоть до энергий Е ~ 1019эВ (Nagano, Watson, 2000). Для энергии выше 1019 эВ в этой работе указывалось на тенденцию прихода частиц с высоких широт Галактики.

Впервые методом гармонического анализа функций нами было

17 найдено, что в 4-х независимых энергетических интервалах в диапазоне 10 - 1019 эВ фазы 1-й гармоники в пределах ошибок совпадают друг с другом и направлены в сторону галактической плоскости (Егоров,., Михайлов и др., 1976а,Ь, 1979).

По данным установки Волкано Ренч максимум в распределении частиц с энергией Е> 1019 эВ приходился на высокие галактические широтыд и эти данные были интерпретированы как внегалактические космические лучи (Linsley, 1975, 1980; Linsley et al., 1980; Linsley, Watson, 1981). Такие же выводы были сделаны в работах (Христиансен и др., 1975; Урысон, 1997, 2004; Деденко, 2004).

Исследованиями ряда авторов (Tinyakov, Tkachev, 2001; Глушков, Слепцов, 2001; Глушков, Правдин, 2001, 2002, 2003; Глушков, 1989, 2002, 2003, 2005) установлена связь между направлениями прихода частиц сверхвысоких энергий с удаленными астрофизическими объектами: ядрами активных галактик, лацертидами, ближайшими квазарами и т.д. Исходя из этого, авторы делают вывод, что частицы сверхвысоких энергий являются нейтральными.

Однако, нельзя считать твердо установленным, что космические лучи выше энергии 1019 эВ являются внегалактическими (Mikhailov, Nikolaeva, 2003; Михайлов и др., 2006).

Массовый состав космических лучей имеет важное значение для решения проблемы происхождения космических лучей. Данную проблему можно решить, как считают Nagano, Watson (2000), изучая свойства самих ливней (компоненты ливня - электроны, мюоны, черенковский свет, максимум глубины развития ливня и т.д.).

Изучая флуктуации электронов и мюонов в ливнях, Lapikens, Walker, Watson (1979) пришли к заключению, что первичные частицы при 1017<Е<1018 эВ являются протонами. Linsley и Watson (1981), исходя из связи между глубиной максимума развития ливня и его энергией Е, а также массовым числом А первичной частицы, пришли к заключению, что первичные частицы с энергией Е>1016 эВ являются протонами (1пА=±0.6). Rochester, Turver (1981), Nikolsky et al., (1981), Калмыков и др. (2004), Blasi (2005) показали, что при энергии Е >3х 1015 эВ начинает преобладать вклад ядер железа, и при энергии Е~1016 эВ первичное излучение состоит в основном из ядер железа. В противоположность этому Knurenko et al. (2004), Bergman et al. (2005), Shinozaki et al. (2005) считают, что выше энергии Е>1016 эВ космические лучи состоят в основном из протонов. В свое время Anchordoqui и др. (2001), Watson (2004) привели аргументы, показывающие, что даже при энергии Е> 1020 эВ некоторые ливни, возможно, образованы тяжелыми ядрами.

Таким образом, относительно природы массового состава космических лучей сверхвысоких энергий отсутствует единое мнение.

Gold, Hoyle (1959) считали, что весь спектр космических лучей образован внегалактическими источниками. Но согласно Гинзбургу (1978) и Гинзбургу, Сыроватскому (1963), объяснение основной части спектра космических лучей (10ю -1015 эВ) внегалактическими источниками затруднено по энергетическим требованиям. Против внегалактического происхождения основной части космических лучей с энергией Ю10 - 1015 эВ также свидетельствуют данные по у -лучам (Гальпер и др., 1979; Mori, 2001).

Космические лучи с

Е>10 эВ имеют плотность энергии всего 1,5x10" л эВ/см , но факт ускорения частиц до таких высоких энергий является непонятным. Было показано, что в ударных волнах сверхновых звезд частицы могут ускоряться до самых высоких энергий (Berezhko et al., 2003, см. также Крымский, 1977). Olinto (2003) показала, что молодые пульсары могут ускорять ядра железа до

10zu эВ и выше (см. также Сыроватский, 1969; Hillas, Ouldridge, 1975; Blasi et al., 2000).

Некоторые авторы считают, что частицы сверхвысоких энергий ускоряются в отдаленных внегалактических объектах, где идут процессы, намного превосходящие по масштабам все, что наблюдается в нашей Галактике. Такое предположение было сделано еще в 1958 г. в работе (Куликов, Христиансен, 1958) для объяснения спектра космических лучей выше энергии Е>1017 эВ. Этот вопрос позже детально исследовался многими авторами (Березинский и др., 1984; Berezinsky, 1977; Berezinsky et al., 1979; Berezinsky et al., 1979, 1997, 2004; Stecker, 1968; Яковлев, 2004 и т.д.).

Другим вариантом галактической модели было предположение о генерации частиц в нестационарном центральном источнике (Куликов и др., 1969; Khazan, Ptuskin, 1977). Эта модель встречает ряд трудностей в объяснении массового состава и времени удержания частиц в Галактике (Березинский, Зацепин, 1971; Березинский, Михайлов, 1984).

Конкурирующей с этой моделью является модель происхождения частиц в Местном сверхскоплении галактик (Stecker, 1968; Березинский, Зацепин, 1971; Ефимов, Михайлов, 1989; Strong et al., 1974; Nagano, Watson, 2000). В данной модели происхождения космических лучей ожидается значительная анизотропия космических лучей со стороны центральной части и плоскости Местного скопления галактик. Stanev et al. (1995); Глушков, Слепцов (2001) показали, что со стороны плоскости Местного скопления галактик при энергии Е>1019 эВ наблюдается повышенный поток частиц.

Этот поток частиц ими был интерпретирован как наличие источников космических лучей в Местном скоплении галактик.

Berezinsky, Grigoryeva (1979); Giler et al. (1980); Урысон (2004) и др. считают, что наблюдаемый поток и спектр космических лучей при Е>1019 эВ могут быть объяснены потоками частиц, испускаемых ядрами сейфертовских и активных галактик. Характерные особенности этих моделей - отсутствие обрыва энергетического спектра при Е ~ 5х1019 эВ и ожидаемая изотропия в направлениях прихода космических лучей.

Ряд экзотических моделей - внегалактические нейтрино высоких энергий (Karakula et al., 1971) и релятивистские пылинки (Wayakawa, 1974) в настоящее время можно считать отвергнутыми (Dyakonov et al., 1979; Linsley, 1980). Было выдвинуто предположение о том (Киржниц, Чечин, 1972), что лоренц-фактор частиц сверхвысоких энергий может отличаться от обычного при скоростях, близких к скорости света, и поэтому возможно отсутствие обрезания энергетического спектра метагалактических космических лучей при энергии Е ~ 5х1019 эВ.

Для интерпретации экспериментальных данных и выяснения ожидаемых характеристик анизотропии и спектра космических лучей были проведены модельные расчеты траекторий частиц в предполагаемых магнитных полях диска Галактики (Thielheim, Langoff, 1968; Karakula et al., 1971, 1972; Зиракашвили и др., 1995; Lagutin, Uchaikin, 2001; Калмыков, Тимохин, 2004) и т.д. Но ожидаемая величина анизотропии космических лучей при энергии Е=1017 -1018 эВ в галактической модели происхождения частиц противоречила экспериментальным данным (Егоров и др., 1976а,Ь; Красильников и др., 1978, и т.д.). Параллельно с вышеуказанными работами мы также занимались модельными расчетами (Berezinsky et al., 1979b; Михайлов, Сыроватский, 1980; Berezinsky, Mikhailov, 1983, 1987, 1999, 2001a; Berezinsky, ., Mikhailov et al., 1990) и др.

Как видно из вышеприведенного обзора, проблема происхождения космических лучей сверхвысоких энергий далека от своего решения. Для решения затронутого круга вопросов, наряду с Другими мировыми экспериментальными данными, представляют интерес данные Якутской установки ШАЛ. В связи с этим в нашей работе анализировались направления прихода ливней в звездно-суточном времени. При энергии 18 частиц Е>10 эВ количественно рассмотрена галактическая модель происхождения космических лучей и проведено сравнение с экспериментальными данными Якутской установки ШАЛ.

Диссертационная работа посвящена детальному исследованию углового распределения космических лучей с энергией Е>1018 эВ и разработке галактической модели происхождения частиц сверхвысоких энергий. Анализ экспериментальных данных и разработка галактической модели позволит решить проблему происхождения космических лучей сверхвысоких энергий.

Цель работы

1. Анализ экспериментальных данных по анизотропии космических лучей сверхвысоких энергий по данным Якутской установки ШАЛ.

2. Исследование модели галактического происхождения космических лучей на основе численного решения уравнения движения частицы в магнитных полях диска и гало.

3. Астрофизическая интерпретация экспериментальных данных Якутской установки ШАЛ.

Научная новизна

Якутская установка ШАЛ представляет комплекс детекторов элементарных частиц, регистрирующих электроны, мюоны и излучение Вавилова-Черенкова. Первичные частицы сверхвысоких энергий, которые образуют эти вторичные частицы, относительно редко приходят на Землю, не известны источники их происхождения. Все это предполагает разработку новых методов анализа, модельные расчеты для интерпретации данных. Автором впервые были применены новые методы анализа данных, метод оценки массового состава первичных частиц и модельные расчеты ожидаемых характеристик первичного излучения.

Научная и практическая значимость

Разработанные методы анализа могут быть применены для данных других установок ШАЛ и в других областях знаний. Например, сделанное нами уточнение гармонического анализа может быть использовано для анализа данных при меньших энергиях. Идея о том, что в кластерах, в случае одновременного образования всех частиц в нем, частицы с наибольшей энергией придут первыми на Землю, может быть применена для выяснения природы происхождения гамма вспышек в области меньших энергий. Измеряя энергии и времена прихода частиц при гамма вспышках, можно оценить расстояние до источника. Разработанные автором теоретические подходы для галактической модели происхождения частиц могут быть использованы исследователями, занимающими подобными задачами и интерпретацией данных.

Обоснованность и достоверность

Методы анализа данных и математические модели базируются на апробированных и хорошо известных математических методах. Некоторые методы были применены в области сверхвысоких энергий. Сравнение полученных результатов по анализу данных и теоретичесих работ с аналогичными работами других научных групп показало применимость использованных нами методов и достоверность полученных выводов.

Вклад автора

Постановка проблемы, разработка методов анализа данных, создание программ обработки данных полностью выполнены автором. Также автор принял активное участие в разработке галактической модели происхождения частиц сверхвысоких энергий, создал алгоритмы и программы расчета уравнений движения частиц в трехмерном пространстве в предполагаемых моделях магнитного поля Галактики.

Апробация результатов работы

Численные методы, описанные в диссертации, используются при анализе и интерпретации данных Якутской установки на протяжении многих лет. Некоторые из методов применимы и на других установках. Так, метод оценки ожидаемого числа событий при изотропном распределении первичного излучения применялся при совместном анализе данных установок Haverah Park, SUGAR, AGASA, Якутск. Автор использовал разработанные модельные расчеты движения частиц в магнитном поле в научном обосновании проекта сверхгигантской установки ШАЛ "P. Auger", когда находился в Fermilab (г. Чикаго), а также при совместных работах в институте ядерных исследования в г. Лодзь (Польша), в университете г. Стокгольм. Результаты, изложенные в диссертации, были доложены на 23 всесоюзных/ российских и международных конференциях и симпозиумах; опубликовано в научной периодике 110 статей в соавторстве с коллегами из Якутской коллаборации и других научных групп. Автор написал две главы в коллективной монографии, опубликованной в Сибирском отделении издательства "Наука". Автор является руководителем 2 проектов, поддержанных грантом РФФИ. Автор был победителем конкурса по физике, проведенным Американским Физическим обществом в России, государственным стипендиатом России по физике. Автор был председателем секции по космическим лучам на конференциях по космическим лучам в г.

Tsukuba (Япония, 2003) и г. Erice (Италия, 2004).

Автор защищает:

1. Результаты анализа экспериментальных данных, свидетельствующие о наличии значимой анизотропии в угловом распределении космических

1 8 лучей при энергии Е>10 эВ.

2. Разработанный метод определения ожидаемого числа частиц от отдельных участков небесной сферы в случае изотропного распределения космических лучей, дающий более надежную оценку по сравнению с известными ранее методами в случае малой статистики данных.

3. Результаты анализа экспериментальных данных, позволившие установить наличие избыточного потока космических лучей с энергией Е~1019 эВ из области галактической плоскости.

4. Результаты анализа экспериментальных данных, позволившие установить обнаружить значимую корреляцию между направлениями прихода космических лучей с энергией Е ~ 1019 эВ и пульсарами, расположенными вдоль Местного рукава Галактики (вероятность того, что корреляция является случайной, равна Р ~ 10"4).

5. Результаты теоретических расчётов распространения заряженных частиц сверхвысоких энергий в магнитном поле Галактики, свидетельствующие о том, что наблюдаемое угловое распределение космических лучей с энергией Е<1019 эВ совместимо с их галактическим происхождением.

6. Результаты анализа экспериментальных данных и теоретические расчеты, позволившие получить обоснованное заключение о галактическом происхождении космических лучей с энергией Е<1019 эВ.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка

Основные результаты:

1. Обнаружена анизотропия космических лучей: а) в результате анализа распределения ливней по прямому восхождению получены амплитуды 1-й гармоники ряда Фурье с гг=6.4±1.8% и фазой RAi=347° при энергии Е=(2-4)х1018 эВ и ri=35±9%, RAi=34° при Е=(1-2.5)х1019 эВ, б) в области энергий Е~1019 эВ со стороны галактической плоскости обнаружен избыток прямого потока частиц, в) при энергии Е ~ 1019 эВ наблюдается северо-южная асимметрия в распределении направлений прихода ливней.

2. Предложен новый метод оценки ожидаемого числа частиц со стороны отдельных участков небесной сферы в случае изотропного распределения первичного излучения, позволивший по сравнении с другими методами более точно оценивать вероятность наблюдения определенного числа событий в условиях ограниченной статистики.

3. Обнаружены корреляции между направлениями прихода космических лучей и пульсарами: а) направления прихода ливней с энергией Е~1019 эВ и Е~4х1019 эВ коррелируют с пульсарами, расположенными вдоль Местного рукава Галактики, б) половина ливней без мюонной компоненты с Е>5х1018 эВ образуют кластеры, которые коррелируют с ближайшими пульсарами, в) обнаружены градиенты в распределении частиц с Е ~ 1019 эВ на небесной сфере с центрами, совпадающими с координатами 12 пульсаров, г) показано, что избыточный поток дублетов с Е-1019 эВ со стороны галактической плоскости и плоскости Местного скопления галактик обусловлено пульсарами, расположенными в галактической плоскости.

4. Предложена функция, описывающая распределения ливней по зенитному углу, которая может быть одним из критериев правильности оценки энергии ливней. Согласно данной функции, оценка энергии ливней с Е>1019 эВ относительно зенитного угла по данным установок Якутск и AGASA является некорректной. Нами сделан выбор между двумя предложенными методами ("Сидней" и "Хиллас-Е") оценки энергии ливней на установке SUGAR. Согласно модели "Хиллас-Е" установкой SUGAR зарегистрировано 8 ливней с энергией Е>1020 эВ, и спектр космических лучей продолжается без обрыва за 4х1019 эВ.

5. Оригинальным методом оценен химический состав космических лучей:

1Я при энергии Е>5х10 эВ доля нейтральных частиц составляет не более 16%; при энергии Е>1019 эВ космические лучи состоят в основном из тяжелых ядер. Проведена классификация ливней по содержанию мюонов: 1) ливни без мюонной компоненты выше порога регистрации детекторов--1% от общего числа ливней, 2) ливни бедные мюонами - -1%, 3) ливни с обычным содержанием мюонов - 97%, 4) ливни, богатые мюонами - <1%. Причем ливни богатые мюонами наблюдаются только при самых высоких энергиях.

6. Из модельных расчетов траекторий частиц в Галактике следует: а) второй излом в спектре космических лучей должен иметь место при

1 Я энергии ExZi -10 эВ, б) показано, что галактический центр не может быть основным источником наблюдаемых космических лучей сверхвысоких

195 энергий, в) показано, что источники наблюдаемых космических лучей скорее всего находятся не далее 3-5 кпк от Земли.

7. Показано, что относительно небольшую наблюдаемую величину анизотропии космических лучей при энергии Е>1018 эВ можно объяснить в рамках галактического происхождения, если космические лучи являются в основном тяжелыми ядрами.

8. Анализ направлений прихода космических лучей и теоретические расчёты показали, что основная часть космических лучей с энергией 1018-1019 эВ имеет галактическое происхождение.

Автор благодарит коллектив Якутской установке ШАЛ за предоставленные экспериментальные данные, за полезные дискуссии и помощь в работе. Автор выражает глубокую благодарность Е.Г. Бережко, B.C. Березинскому, В.Л. Гинзбургу, Н.Н. Ефремову, М.И. Правдину, И.Е. Слепцову, С.И. Сыроватскому, Г.В. Шафер, J. Cronin (USA) за многолетнее плодотворное сотрудничество и обсуждение вопросов, возникавших в ходе работы. Автор отмечает, что успешному выполнению работы способствовала финансовая поддержка грантов Министерства науки и образования РФ, Российского фонда фундаментальных исследований.

196

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Автор диссертации участвовал в обработке экспериментальных данных Якутской установки ILLAJI: разработал алгоритмы и программы для получения величины и фазы анизотропии космических лучей сверхвысоких энергий на ЭВМ; определил ряд астрофизических характеристик первичного излучения.

Автор исследовал галактическую модель происхождения космических лучей сверхвысоких энергий, численно решил в трехмерном пространстве уравнения движения частиц сверхвысоких энергий в галактическом магнитном поле.

1. Артамонов В.П., Афанасьев Б.Н., Глушков А.В., ., Михайлов А.А. и др. Современное состояние и перспективы Якутской комплексной установки ШАЛ //Изв. АН. Сер. физ. 1994. - Т.58. - №12. - С.92-97.

2. Бенко Д., Варга А., Никольский С.И. и др. Поиск источников первичного космического излучения при энергиях свыше 10й эВ // Изв. РАН. Сер. физ. -2004. Т.68. - №11. - С.1599-1601.

3. Березинский B.C., Михайлов А.А. Может ли галактический центр быть источником наблюдаемых космических лучей сверхвысоких энергий ? //Письма в АЖ. 1984. - Т. 10. - №.4. - С.269-274.

4. Бережко Е.Г., Крымский Г.Ф. Ударные волны от сверхновых звезд как источники космических лучей сверхвысоких энергий //Изв. АН. Сер. физ. -1963. Т.47. - №9. - С.1700-1702.

5. Ванштейн С.И., Рузмайкин А.А. Генерация крупномасштабного магнитного поля Галактики //Астрон.ж. 1971. - Т.48. - С.902-909.

6. Ванштейн С.И., Зельдович Я.Б., Рузмайкин А.А. Турбулентное динамо в астрофизике. М.: Наука, 1980. - С.226-239, С.292-239.

7. Верскер Дж. Наблюдательные аспекты галактических магнитных полей // Космическая газодинамика. Москва, 1972. - С. 175-197.

8. Гальпер A.M., Лучков Б.И., Прилуцкий О.Ф. Гамма лучи и структура Галактики //УФН. 1979. - Т.128. - С.313-343.

9. Гинзбург В.Л. Происхождение космических лучей и радиоастрономия //УФН. 1953. -Т.51.-С.343-392.

10. Гинзбург В Л. Происхождение космических лучей //УФН. 1978. - Т. 124. -С.307-331.

11. Гинзбург B.JL, Сыроватский С.И. Происхождение космических лучей. -М.: Изд-во АН, 1963. 360 с.

12. Глушков А.В. Мелкомасштабная анизотропия и состав космических лучей с Е«1017 эВ по данным Якутской установки ШАЛ // Ядерная физика. 2003. -Т.66.- №7. -С. 1292-1299.

13. Глушков А.В. Квазары вероятные источники космических лучей с Ео>5.1018 эВ по данным Якутской установки ШАЛ // Изв. РАН. Сер. физ. - 2002. - Т.66. -№11. - С.1599-1602.

14. Глушков А.В. Многополярная анизотропия направлений прихода космических лучей с энергиями Е0>8хЮ18эВ // Изв. РАН. Сер. Физ. 2005. - Т.69. - №3. -С.366-368.

15. Глушков А.В., Михайлов А.А., Красильников А.Д. Поиск анизотропии1. Т 7космических лучей с Е0>10 эВ в узких интервалах энергий // Материалы Всесоюзной конференции по космическим лучам. Алма-Ата, 1989. - 4.1. -С.45-46.

16. Глушков А.В., Правдин М.И. Поиск источников космических лучей с энергиями (1-4)хЮ17 эВ по данным Якутской установки ШАЛ // Письма в АЖ. 2002. -Т.28. - №5. - С.341-347.

17. Глушков А.В., Правдин М.И. Упорядоченная структура направлений прихода космических лучей с Е0~5хЮ17 эВ по данным Якутской установки ШАЛ // Ядерная физика. 2003. - Т.66. - №5. - С.886-895.

18. Глушков А.В., Правдин М.И. Мелкомасштабная анизотропия космических лучей с энергией выше ЗхЮ18 эВ по данным Якутской установки ШАЛ //Письма в АЖ. 2001. - Т.27. - №8. - С.577-585.

19. Глушков А.В., Слепцов И.Е. Корреляция направлений прихода космических лучей с Е>1019 эВ с плоскостью Сверхгалактики // Изв. РАН. Сер. физ. 2001. -Т.65. - №3. - С.437-440.

20. Деденко Л.Г. Космические лучи ультравысоких энергий // Изв. РАН. Сер. физ. 2004. - Т.68. - №11. - С.1633-1636.

21. Дорман Л.И., Смирнов B.C., Тясто М.И. Космические лучи в магнитном поле Земли. М.: Наука, 1971.-237 с.

22. Дорман Л.И. Экспериментальные и теоретические основы астрофизики космических лучей. М.: Наука, 1975. - 462с.

23. Ефимов Н.Н., Михайлов А.А. Местное Сверхскопление как возможный источник космических лучей с энергиями выше 4x1019 эВ // Материалы Всесоюзной конференции по космическим лучам. Алма-Ата, 1989. - 4.1. -С.43-44.

24. Ефимов Н.Н., Михайлов А.А. Анизотропия космических лучей сверхвысоких энергий // Письма в ЖЭТФ. 1991. - Т.54. - Вып.2. - С.69-70. Зацепин Г.Т., Кузьмин В.А. О верхней границе космических лучей //Письма в ЖЭТФ. - 1966. - Т.4. - С.114-116.

25. Калмыков Н.Н., Куликов Г.В., Соловьева В.И. Характеристики мюонной компоненты по данным установки ШАЛ МГУ // Изв. РАН. Сер. физ. 2004. -№68.-Вып.11.-С.1608-1610.

26. Калмыков Н.Н., Тимохин А.В. Время жизни космических лучей в Галактике и переход от энергетического спектра космических лучей в источниках к наблюдаемому спектру // Изв. РАН. Сер. физ. 2004. - № 68. - Вып.11. -С. 1624-1626.

27. Каплан С.А., Пикельнер С.Б. Физика межзвездной среды. М.: Наука, 1979. -263 с.

28. Кардашев Н. С. Астрономия // Итоги науки и техники М, 1983 - Т.24 - С. 183 -197.

29. Киржниц Д.А., Чечин В.А. Космические лучи сверхвысоких энергий и возможное обобщение релятивисткой теории // Ядерная физика. 1972. - Т. 15 -С.1051-1059.

30. Красильников Д.Д., Егоров Т.А., Ефимов Н.Н., Михайлов А.А. и др. Анизотропия космических лучей экстремально высоких лучей // Изв. АН. Сер. физ. 1978. - Т.42. - №7. - С.1454-1457.

31. Красильников А.Д., Михайлов А.А. Анизотропия космических лучей сверхвысоких энергий по данным Якутской установки // Широкие атмосферные ливни с энергией выше 1017 эВ. Якутск, 1987. - С.56-61.

32. Красильников А.Д., Михайлов А.А. Анализ наблюдаемой анизотропии космических лучей сверхвысоких энергий // Современные проблемы гравитации. Якутск, 1991. - С. 127-131.

33. Крымский Г.Ф. Регулярный механизм ускорения заряженных частиц на фронте ударной волны // Докл. АН СССР. 1977. - Т.234. - №6. - С. 1700-1702. Кузнецова И.П. О фарадеевском вращении в межгалактической среде // Астрон. ж. - 1976. - Т.53. - С.475-484.

34. Липунов В.М. Магнитосфера Галактики? // Астрон. ж. 1979. - Т.56. - С.991-996.

35. Манчестер Р., Тейлор Дж. Пульсары. М.: Мир, 1980. - 290 е.

36. Михайлов А.А. О возможности галактического происхождения космическихлучей до 1019эВ // Характеристики широких атмосферных ливней космическихлучей сверхвысоких энергий. Якутск, 1976а. - С.113-118.

37. Михайлов А.А. Зависимость траекторий частиц от их магнитной жесткости //

38. Характеристики широких атмосферных ливней космических лучейсверхвысоких энергий. Якутск, 1976b. - С.161-168.

39. Михайлов А.А. Расчет времени жизни частиц в Галактике // Характеристики широких атмосферных ливней космических лучей сверхвысоких энергий. -Якутск, 1976с.-С. 169-170.

40. Михайлов А.А. Сравнение времен выхода частиц, вылетающих из обоих полушарий Земли // Бюл. НТИ. Проблемы космофизики и аэрономии, Якутск -1980а, апрель.-С. 14-16.

41. Михайлов А.А. Проекции траекторий частиц в галактическом диске и модели происхождения // Бюл. НТИ. Проблемы космофизики и Аэрономии. Якутск -1980b, декабрь. С.9-12.

42. Михайлов А.А. Область квазипрямолинейного распространения частиц сверхвысоких энергий // Бюл. НТИ. Проблемы космофизики и аэрономии. Якутск 1982а, ноябрь. - С.31-34.

43. Михайлов А.А. О времени экспозиции отдельных участков неба установками ШАЛ // Бюл. НТИ. Проблемы космофизики и аэрономии. Якутск 1982b, апрель. - С. 11-14.

44. Михайлов А.А. Космические лучи в Галактике // Космические лучи с энергией выше 1017эВ. Якутск. 1983. - С. 108-117.

45. Михайлов А.А. О галактическом происхождении частиц с энергиями 1019 эВ //Бюл. НТИ. Проблемы космофизики и аэрономии. Якутск 1984а, октябрь. -С.3-5.

46. Михайлов А.А. Направления прихода и химический состав космических лучей сверхвысоких энергий // Письма в ЖЭТФ. 2000. - Т.72. - Вып.4. - С.233-235.

47. Михайлов А.А., Ефремов Н.Н., Николаева Г.В. Происхождение кластеров в космических лучах сверхвысоких энергий // Наука и техника в Якутии. -2004. -№1. С.6-8.

48. Михайлов А.А., Ефремов Н.Н., Никифорова Е.С. Классификация широких атмосферных ливней по мюонам в области сверхвысоких энергий. // Письма в АЖ. 2006. - .Т.83. - С.323-325.

49. Михайлов А.А., Никифорова Е.С. Аномальные широкие атмосферные ливни в области сверхвысоких энергий и направления их прихода // Письма в ЖЭТФ. -2000. -Т.72. Вып.4. - С.229-232.

50. Нестерова Н.М. Проблемы исследования энергетического спектра и направлений прихода первичного космического излучения с энергией 0.2 2 ЭэВ. //Изв. АН. Сер.физ. - 2002. - Т.66. - С.1573-1574.

51. Нешпор Ю.И., Зыскин Ю.Л. О долгопериодических вариациях гамма-излучения Cyg Х-3 // Письма в АЖ. 1986. - Т.12. - №6. - С.452-457.

52. Паркер Е.Н. Происхождение и динамические эффекты магнитных полей и космических лучей в диске Галактики // Космическая газодинамика М., Мир, 1972.-С.198-234.

53. Пикельнер С.Б., Шкловский И.С. Исследование свойств и диссипации энергии газовой короны Галактики // Астрон. ж. 1957. - Т.34. - С. 145-158. Пикельнер С.Б. Основы космической электродинамики. - М.: Наука, 1966. -280 с.

54. Попов С.Б., Прохоров М.Е. Астрофизика одиночных нейтронных звезд: радиотихие нейтронные звезды и магнетары. // Труды института / ГАИШ. -2003. Т.72. - С. 80-84.

55. Правдин М.И., Иванов А.А., Красильников А.Д.,., Михайлов А.А. и др. Анализ анизотропии космических лучей с энергией около 1017 эВ по данным Якутской установки широких атмосферных ливней // ЖЭТФ. 2001. - Т. 119. -Вып.5. - С.881-885.

56. Правдин М.И., Иванов А.А., Красильников А.Д.,., Михайлов А.А. и др. Анизотропия космических лучей по данным Якутской установки ШАЛ // Изв. АН. Сер. физ. 2002. - Т.66. - №11. - С. 1592-1595.

57. Пронин И.И. Магнитное поле Галактики // Астрон. ж. 1966. - Т.43. - С.291-299.

58. Рузмайкин А.А., Соколов Д.Д. Определение параметров магнитного поля Галактики по фарадеевским вращениям радиоисточников // Препринт №20 / Ин-т прикл. матем., М. 1977а. - С. 25-33.

59. Рузмайкин А.А., Соколов Д.Д. Масштаб и напряженность галактического магнитного поля по данным пульсаров // Препринт №39 / Инт-т прикл. матем.,М. 1977b. С. 8-20.

60. Рузмайкин А.А., Соколов Д.Д., Коваленко А.В. Определение параметров магнитного поля Галактики по фарадеевским вращениям излучения радиоисточников // Астрон. ж. 1978. - Т.55. - С.692-701.

61. Рузмайкин А.А., Соколов Д.Д. Интерпретация мер фарадеевского вращения внегалактических радиоисточников // Препринт №91 / Ин-т прикл. Матем, М. -1976.-С. 20-31.

62. Рузмайкин А.А., Шукуров A.M. Генерация магнитного поля в галактическом диске // Астрон. ж. 1981. - Т.58. - С.969-979.

63. Серебренников М.Г., Первозванский А.А. Выявление скрытых периодичностей. М.: Наука, 1965. - 169 с.

64. Сыроватский С.И. О возможности галактического происхождения космических лучей сверхвысоких энергий // Препринт № 151 / ФИАН им. П.Н.Лебедева, М. 1969. - 6 с.

65. Шкловский И.С. О природе радиоизлучения Галактики // Астрон. ж. 1952. -Т.29. - С.418-449.

66. Штеенбек М., Краузе Ф. Возникновение магнитных полей звезд и планет в результате турбулентного движения их вещества // Магнитная гидродинамика -М., 1967. С. 19-44.

67. Яковлев В.И. Длиннопробежная компонента и ГЗК-эффект // Изв. РАН. Сер. физ. 2004. - Т.68. -№11. -С. 1630-1632.

68. Allen R.J., Sancisi R. Neutral Hydrogen Observations of the Edge-on Disc Galaxy NGC 891 // Astron. Astrophys. 1979. - V.74. - P.73-84.

69. Berezinsky V.S., Grigoreva S.I, Rubinstein H,., Mikhaiov A.A,. et al. The Propagation of the Ultra High Energy Cosmic Rays (E>1018 eV) in the Galaxy // Proc. ICRC Int. Symp. Kofu, 1990. - P. 134-139.

70. Berezinsky V., Kachelrieb M, Vilenkin A. Ultrahigh Energy Cosmic Rays without Greisen-Zatsepin-Kuzmin Cutoff // Phys. Rev. Lett. 1997. - V.79. - №22. -P.4302-4305.

71. Berezinsky V.S., Mikhailov A. A. On a Possibility of Galactic Origin of Cosmic Rays with Energies up to 1019 eV // Proc. 18-th ICRC. Bangalore, 1983. - V.2. - P.174-177.

72. Capdevielle J.N. Energy Spectra of Neutrons from Point Sources. // Proc. Int. Symp.: „Astrophysical Aspects of the Most Energetic Cosmic Rays". .Kofu, 1990. -P.246-251.

73. Cassiday G.L., Ciampa D, Gorbato S.C. et al. Cygnus X-3 Results From The UTAH Cherenkov Array. // Proc. 21-st ICRC.- Adelaide, 1989. V.2. - P. 14-16.

74. Chandrasekhar S., Fermi E. Magnetic Fields in Spiral Arms // Astrophys. J. 1953. - V.118. - P.l 13-115.

75. Clark B.G. An Interferometer Investigation on the 21 cm Hydrogen Line Absorption //Astrophys. J. 1965. - V.142. - P.1398-1422.

76. Clay Roger. Note on the Arrival Directions of the Highest Energy Cosmic Rays //Proc. 28-th ICRC. Tsukuba, 2003. - P.429-431.

77. Davis L.J., Greenstein J.L. The Polarisation of Starlight by Aligned Dust Grains // Astrophys. J. 1951. - V.l 14. - P.206-240.

78. Efimov N.N., Egorov T.A., Glushkov A.V. . Mikhaiov A.,.et al. The Energy1 n

79. Spectrum and Anisotropy of Primary Cosmic Rays at Energy E>10 eV Observed in Yakutsk // Proc. of the ICRR Intern. Symp.: Astrophysical Aspects of the Most Energetic Cosmic Rays. Tokyo, 1990. - P.20-33.

80. Efimov N.N., Egorov T.A., Krasilnikov D.D. et al. Catalogue of Highest Energy Cosmic Rays. Tokyo, 1988, - V.3. - 56 p.

81. Efimov N.N., Krasilnikov A.D., Mikhailov A.A. Analysis of Arrival Directions of Ultra-High Energy Cosmic Rays // Proc.21-th ICRC. Adelaide, 1990b. - V.3. -P.205-208.

82. Efimov N.N., Mikhailov A.A. Analysis of Anisotropy of Particles with Eo>3x 1017 eV on Data of the Yakutsk EAS Array. // Proc. 17-th ICRC. Paris, 1981. - V.2. - P. 152155.

83. Egorova V.P., Glushkov A.V., Ivanov A.A., .,Mikhailov A.A. et al. The Spectrum Features of UHECRs Below and Surrounding GZK // GZK and Surroundings. -Catania, Italy, 2004. P. 3-11.

84. Ekers R.D., Sancisi R. The radio Continium Halo in NGC 4631 // Astron. and Astrophys. 1977. - V.54. - P.973-974.

85. Gardner F.F., Davis R.D. Faraday Rotation of the Emission from Linearly Polarized Radio Sources // Austr. J. Phys. 1966a. - V.19. - P. 129-139. Gardner F.F., Davis R.D. The Polarization of Radio Sources // Austr. J. Phys. -1966b.-V.19.-P.441-459.

86. Giller M., Lipski M. Pulsar Contribution to High Energy Cosmic Rays // Proc. 27-th ICRC. Hamburg, 2001. - V.6. - P.2092.

87. Giler M., Wdowczyk J., Wolfendale A.W. Ultra-High-Energy Cosmic Rays from Clusters of Galaxies // J. Phys. G.: Nucl. Phys. 1980. - V.6. - P.1561-1573.

88. Glushkov A. V., Efimov N.N., Mikhailov A.A. Search for Local Sources of Ultrahigh

89. Energy Cosmic Rays // Proc.22-nd ICRC. Dublin, 1991b. - V.2. - P.l 13-116.

90. Glushkov A.V., Makarov I.T., Nikiforova E.S. et al. Muon Component of EAS with

91. Energies above 1017 eV// Astroparticle Physics. 1995. - V.4. - P. 15-22.

92. Gold Т., Hoyle F. Cosmic Rays and Radio Waves as Manifestations of a Hot

93. Universe // Proc. Paris Symp. on Radioastronomy. Standford Univ. Press, 1959.1. P.583-588.

94. Greisen K. End to the Cosmic Ray Spectrum? // Phys. Rev. Lett. 1966. - V.16. -P.748-750.

95. Gunningham G., Lloyd-Evans J., Reid R.J.O. et al. The Energy Spectrum and Arrival Direction Distribution of Cosmic Rays with Energies above 1019 eV // Astrophys. J. 1980. - V.236. - P. L71-L75.

96. Haves P. Polarization Parameters of 183 Extragalactic Radio Sources // Monthly Not. of R.A.S. 1975. - V.173. - P.553-568.

97. Heiles G. Observations of the Spatial Structure of Interstellar Hydrogen. I. High Resolution Observations of a Small Region // Astrophys. J. Suppl. 1967. - V.15. -P.97-130.

98. Hi Has A.M., Oulbridge M. Anisotropy of Very High Energy Cosmic Rays // Proc. 14th ICRC. Munchen, 1975. - V. 12. - P.4160-4165.

99. Knurenko S.P., Kolosov V.A., Makarov I.T. et al. Muons with E>1 GeV and Mass Compositions In The Energy Range 1018 -1020 eV Observed By Yakutsk EAS Array //Astro-ph/0411683. V. 1. - P. 1 -3.

100. Khristiansen G.B., Kalmykov N.N., Kulikov G.V. et al. Ultrahigh Energy Cosmic Rays From Binary Systems Accordingly to Observation with the MSU EAS Array // Proc. Int. Workshop "Very High Energy Gamma Ray Astronomy". Crimea, 1989. -P.182 - 186.

101. Krasilnikov D.D., Kuzmin A.I, Linsley J, et al. Evidence of an Anisotropy in the Arrival Direction of Cosmic Rays with Energies above 1019 eV. // J.Phys.A. 1974. -V.7. - P.176-180.

102. Manchester R.N. Pulsar Rotation and Dispersion Measures and the Galactic Magnetic Field // Astrophys. J. 1972b. - V.172. - P.43-52.

103. Manchester R.N., Hobbs G.B, Teoh A. ATNF Pulsar Catalogue // Abstralian J. -2005. V.129. - P.1993-2006.

104. Martin P.G. On Interstellar Grain Alignment by Magnetic Field // Monthly Notices of R.A.S. 1971. - V.l53. - P.279-285.

105. Mathewson D.S. The Local Galactic Magnetic Field and the Nature of the Radio Spurs // Astrophys. J. Lett. 1968. - V.153. - P. LI 1-L16.

106. Mathewson D.S., Nicholls D.C. The local Spiral Arm Magnetic Field // Astrophys. J. -1968.-V.154.-L47-L53.

107. Mikhailov A.A. Search for Sources of Ultrahigh Energy Cosmic Rays // Proc.26-th ICRC. Salt Lake City, 1999b. - V.3. - - P.268-271.

108. Mikhailov A.A. Composition of Cosmic Rays with Energy more than 4xl019 eV II astro-ph/0312468.

109. Mikhailov A.A. Pulsars are Possible Sources of Cosmic Rays at E>4xl019 eV // Proc.28-th ICRC. Tsukuba, 2003a. - V.l. - P.441-444.

110. Mikhailov A.A. Gradient in the Distribution of Particles around Pulsars // Proc.28-th ICRC. Tsukuba, 2003b. - V.l. - P.345-348.

111. Mikhailov A.A., Efremov N.N., Gerasimova N.S. et al. Estimation of Mass Composition of Ultra High Energy Cosmic Rays // Proc.29-th ICRC. Pune, 2005a. -V.7. - P.227-330.

112. Mikhailov A.A., Nikiforova E.S. Anomalous Extensive Air Showers of Ultra High Energy Cosmic Ray and Their Relation to Pulsars // Proc.27-th ICRC. Hamburg. -2001.-V.1.-P.417-420.

113. Mikhailov A.A., Nikolayeva G.V. Cosmic Ray Anisotropy at the Energy ~ 1019 eV // Proc.28-th ICRC. Tsukuba, 2003. - V.l. - P.417-420.

114. Michel F.G., Yahil A. Galactic Magnetic Fields: Cellular or Filamentary Structure? // Astrophys. J. 1973. - V.179. -P.771-780.

115. Mitton S. The Polarization Properties of 65 Extragalactic Sources in the 3C

116. Catalogue // Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 1972. - V.155. - P.373-381.

117. Mori M. Gev-Tev Gamma-ray Astronomy // J. of the Phys. Soc. of Japan. 2001.1. V.70.-P.22-27.

118. Morris D., Berge G.L. Direction of the Galactic Magnetic Field in the Vicinity of the Sun//Astrophys. J. 1964. - V.139. - P.1388-1392.

119. Olinto A.V. Messengers of the Extreme Universe // Proc. 28-th ICRC - Tsukuba. -2003. - Rapporteur talk. - P.299-319.

120. Osborne I.L., Wolfendale A. W. Galactic Magnetic Field Irregularities and the Origin of Cosmic Rays above 1017eV // Proc.l3-th ICRC. Denver, 1973. - V.l. - P.610 -615.

121. Parker E.N. Galactic Effects of the Cosmic Ray Gas // Space Sci. Rev. 1969. -V.9. - P.651-712.

122. Parker E.N. The Generation of Magnetic Fields in Astrophysical Bodies. II. The Galactic Field//Astrophys. J. 1971. - V.l63. - P.255-278.

123. Parker E.N. The Dynamical State of the Interstellar Gas and Field // Astrophys. J. -1966. V.145. - P.811-833.

124. Piddington J. The Role of Magnetic Fields in Extragalactic Astronomy // Astrophys. and Space Sci. 1981. - V.80. - P.457-471.

125. Purcell E.M., Spitser L.J. Orientation of Rotating Grains // Astrophys.J. 1971. -V.167. - P.31-62.

126. Rand R.J. and Kulkarni S.R. The Local Galactic Magnetic Field. // Astrophys. J. -1989. V.343 - P.760-772.

127. Rochester G.D., Turver K.F. Cosmic Rays of Ultra-High Energy. // Contemp. Phys. 1981.-V.22.-P.425-450.

128. Ruzmaikin A.A., Shukurov A.M. Spectrum of the Galactic Magnetic Fields // Astrophys. and Space Sci. 1982. - V.82. - P.397-407.

129. Shinozaki K., Chikawa M., Fukushima M. et al. Chemical Composition of Ultra-High Energy Cosmic Rays Estimated by Muon Measurements with AGASA // Proc. 29-th ICRC. Pune, India, 2005. - HE1.4.

130. Shinozaki K., Teshima M. AGASA Results // Nucl. Phys. B. Proc. Suppl. 2004. -V.136 - P.18-27.

131. Simard-Normandin M., Kronberg P.P. Rotation Measures and the Galactic Magnetic Field // Astrophys. J. 1980. - V.242. - P.74-94.

132. Stanev Т., Biermann P.L., Lloyd-Evans J., Rachen J.R., Watson A.A. The Arrival Directions of the most Energetic cosmic Rays // Phys. Rev.Lett. 1995. - V.l5. -P.3056-3059.

133. Takeda M., Hayashida N., Honda K. et al. Small-Scale Anisotropy of Cosmic Rays Above 1019 eV Observed With The Akeno Giant Air Shower Array. //Astrophys. J. -1999-V. 522. -P.225-237.

134. Taylor J.N., Manchester R.N. Recent Observations of Pulsars // Ann. Rev. Astron. and Astrophys. 1977. - V.15. - P. 19-44.

135. Taylor J.N., R.N. Manchester and A.G. Lyne. Catalog of 558 Pulsars // Astrophys.J. Suppl. 1993. - V.88. - P.529-568.

136. Teshima M., Chikawa M., Fukushima M. et al. Anisotropy of Cosmic Ray Arrival Directions at 1018eV Observed by AGASA // Proc. 27-th of ICRC. Gamburg, 2001. - V.l. - P.337-340.

137. Tinyakov P., Tkachev I. Clustering of UHECR and their sources // J. Phys. Soc. of Japan. 2001. - V.70. - P.58-63.

138. Uchihori Y., Hayashida N., Honda, ., Mikhailov A.A. et al. Cluster Analysis of Extremely High Energy Cosmic Rays in the Nothern Sky // Proc. Int. Symp. Ext. High Energy Cosmic Rays: Astroph. and Future Observatories. Univ. of Tokyo, 1996. -P.32-49.

139. Watson A.A. The Mass Composition of Cosmic Rays Above 10 eV // GZK and Surroundings. Catania, Italy, 2004. - P. 290-300.216

140. White S., Sharp N. Tidal Interactions and the Massive Halo Hypothesis // Nature. -1977. V.269. - P.395-396.

141. Winn M.M., Ulrichs J., Peak L.S. et al. Catalogue of Highest Energy Cosmic Rays. -Tokyo, 1986.-V.2.- 127 p.