Рентгеновское излучение области центра Галактики и горячего газа в скоплениях галактик. Данные экспериментов ГРАНАТ/СИГМА, МИР-КВАНТ/ТТМ и АСКА тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

РГБ ОД

1 ? Ш 1996

На правах рукописи

Чуразов Евгений Михайлович

Рентгеновское излучение области центра Галактики и горячего газа в скоплениях галактик. Данные экспериментов ГРАНАТ/СИГМА, МИР-КВАНТ/ТТМ и АСКА

01.03.02 Астрофизика и радиоастрономия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва 1996

Работа выполнена в Институте космических исследований Российской Академии наук

Официальные оппоненты:

д.ф.-м.н., чл.-корр. РАН Дмитрий Александрович Варшалович

д.ф.-м.н., проф. Леонид Абрамович Вайнштейн

д.ф.-м.н., проф. Анатолий Михайлович Черепащук

Ведущая организация: Главная Астрономическая Обсерватория РАН, Пулково

Защита состоится1996 г. в 13:30 на заседании диссертационного совета Д 002.94.01 в Институте космических исследований РАН, Москва 117810, ул. Профсоюзная, д. 84/32, подъезд 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института космических исследований РАН

Автореферат разослан/.? 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

В.Е.Нестеров

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Одним из важных результатов работы первых рентгеновских спектрометров стало открытие мощного, жесткого и переменного излучения из области Центра Галактики (далее ГЦ). Позднее германиевые детекторы (с хорошим энергетическим разрешением) обнаружили излучение в узкой и несмещенной линии 511 кэВ, соответствующей аннигиляционному излучению холодных электрон-позитронных пар. Классический сценарий связывал наблюдаемые явления с уникальным объектом — сверхмассивной 106 А/0) черной дырой, расположенной в динамическом центре Галактики. Наблюдения активных ядер галактик, также являющихся источниками переменного и жесткого излучения, свидетельствовали в пользу этой гипотезы, хотя первые рентгеновские изображения не обнаружили мощного источника на месте динамического Центра Галактики. Общая картина Центра Галактики в жестких рентгеновских лучах оставалась неясной до появления резуль-faTOB систематических исследований этой области с высоким угловым разрешением телескопом СИГМА обсерватории ГРАНАТ.

Обсерватория ГРАНАТ была выведена на орбиту 1 декабря 1989 г. Период обращения спутника вокруг Земли составляет около 4 дней. Большую часть времени космический аппарат проводит вне магнитосферы Земли, что создает благоприятные условия для длительных наблюдений рентгеновских источников. На протяжении шести лет (1990-1995 гг.) область Центра Галактики была главной мишенью обсерватории. Всего было проведено 9 серий наблюдений этой области с общим временем экспозиции более 10 миллионов секунд!. Такое внимание к этой области не случайно. Центр Галактики был одной из принципиальных мишеней, для наблюдения которой и создавалась обсерватория. Приборы обсерватории ГРАНАТ были призваны ответить на следующие фундаментальные вопросы:

• Какова природа жесткого и переменного излучения из области Центра Галактики.

• Какие источники обеспечивают излучение в узкой аннигиляционной линии 511 кэВ.

• Какова роль гипотетической сверхмассивной черной дыры, расположенной в динамическом центре Галактики, в объяснении наблюдаемых явлений.

Этим вопросам посвящена первая (экспериментальная) часть работы.

Появление все более совершенных телескопов приводит к необходимости построения детальных моделей физических процессов в космических источниках рентгеновского излучения и позволяет использовать эффекты сравнительно малой амплитуды для диагностики астрофизической плазмы. Одновременно возникает необходимость развития более совершенных методов анализа экспериментальных данных. Эти вопросы рассматриваются во второй части работы.

Цель работы. Цель работы заключалась в детальном исследовании свойств жесткого рентгеновского излучения области Центра Галактики и развитии новых методов диагностики физических процессов в источниках рентгеновского излучения.

Научная новизна. В работе впервые представлены результаты наблюдений области Центра Галактики в жестком рентгеновском диапазоне с высоким угловым разрешением. Предложен новый метод диагностики химического состава и ионизационного баланса рассеивающей среды, по наблюдениям профилей рентгеновских эмиссионных линий с высоким энергетическим разрешением. Рассмотрен ряд новых методик анализа рентгеновских данных.

Научная и практическая ценность работы. Детальные исследования рентгеновского излучения Центра Галактики представляют уникальный материал для понимания общей картины физических процессов в этой области. Появление аналогичных (по полноте и детальности) данных можно ожидать не раньше 2001 г. с запуском проекта ИНТЕГРАЛ.

Практический интерес представляют методы диагностики астрофизической плазмы и анализа рентгеновских данных, рассмотренные в работе. Часть новых методов анализа данных включена в "стандартные" пакеты обработки данных. Другие методы

интенсивно применяются для анализа данных обсерватории АСКА и будут полезны для готовящейся к запуску обсерватории СПЕКТР-РЕНТГЕН-ГАММА.

Апробация результатов. Изложенные в диссертации результаты докладывались на семинарах ИКИ РАН, ГАИШ, Центра Астрофизики Смитсонианского Института (Кембридж, США, 1994, 1995) , Института Астрофизики общества им. Макса Планка (Гаршинг, Германия, 1995), на международных конференциях: "23rd ES-LAB Symposium", (Болонья, Италия, 1989), на генеральных ассамблеях КОСПАР (1990, 1992, 1994), "Recent Advances in High Energy Astrophysics", (Тулуза, Франция, 1992), на ежегодном заседании Американского Физического Общества (Вашингтон, США, 1992), "The Multi-Wavelength Approach to Gamma-Ray Astronomy", (Ле-Диаблере, Швейцария, 1993), "27rd ESLAB Symposium", (Нордвайк, Нидерланды, 1993), "Pairs, Gamma-Rays, Black Holes" (Конинки, Польша, 1993), "New Horizon of X-Ray Astronomy" (Токио, Япония, 1994), "Roentgenstrahlung from the Universe", ^Вурцбург, Германия, 1995) и др.

Обьем диссертации. Диссертация общим объемом 182 страницы состоит из двух частей, каждая имеет список литературы (всего 156 наименований), содержит 108 рисунков.

Содержание работы.

Часть I. Наблюдения области Центра Галактики в жестком рентгеновском диапазоне.

В этой части представлены основные результаты наблюдений области Центра Галактики в жестких рентгеновских лучах с высоким угловым разрешением. Телескоп СИГМА (обсерватория ГРАНАТ), использующий принцип кодированной апертуры, способен строить изображения в диапазоне 35-1200 кэВ с угловым разрешением около 13'. Разработанные методы анализа данных телескопа позволяют восстанавливать изображения участков неба и спектры рентгеновских источников (см. главу 1).

-24 -30 -36

4, 4.5,... 9 sigma

Declination

Рисунок 1. Суммарное изображение области Центра Галактики в диапазоне 35-75 кэВ, полученное по результатам наблюдений телескопа СИГМА в 1990-1995 гг. Полное время экспозиции превышает 8 миллионов секунд. Контуры соответствуют значимости детектирования источников (4, 4.5.... а). Крестиками отмечены положения известных рентгеновских источников. Динамический центр Галактики соответствует источнику Sgr А.

В главе 2 представлены итоговые изображения области Центра Галактики в различных диапазонах энергий, полученные суммированием более 8000000 секунд наблюдений этой области. Семь источников жесткого рентгеновского излучения четко видны на изображении в диапазоне 35-75 кэВ. Большинство из них впервые наблюдались в этом диапазоне энергий. По результатам оперативной обработки данных было опубликовано более 15 циркуляров Международного Астрономического Союза, что позволило провести целый ряд одновременных наблюдений рентгеновских источников в других диапазонах длин волн. Первое, что бросается в глаза (рис. 1), — отсутствие яркого источника на месте динамического центра нашей Галактики. Данные телескопа СИГМА однозначно указывают, что основное жесткое рентгеновское излучение из этой области обеспечивается несколькими компактными источ-

никами, разбросанными по области в несколько градусов вокруг Центра Галактики. Данные о динамике движений различных объектов в непосредственной окрестности динамического центра Галактики свидетельствуют о присутствии сверхмассивной

10б Л/0) черной дыры. Наиболее вероятным кандидатом на "сверхмассивность" является компактный радиоисточник Sgr А*. Эддингтоновская светимость такой черной дыры равна ~ 1044 эрг/с. Данные обсерватории ГРАНАТ продемонстрировали, что светимость Sgr А* в рентгеновском диапазоне как минимум в 107 раз'ниже. Более того, наблюдения в диапазоне 473-559 кэВ (для энергетического разрешения телескопа СИГМА этот диапазон содержит 95% регистрируемых фотонов с энергией 511 кэВ) показали, что поток от Sgr А* в узкой линии аннигиляции электрон-позитронных пар не превышает ~ 2.5 х Ю-4 фот/с/см2 (2 а). Этот же верхний предел применим к другим известным компактным источникам в области размером несколько градусов вокруг Центра Галактики. В сочетании с данными наблюдений Ge спектрометров результаты телескопа СИГМА указывают на диффузное происхождение аннигиляционного излучения из области Центра Галактики. Таким образом, результаты телескопа СИГМА не обнаружили свидетельств присутствия сверхмассивной черной дыры в Центре Галактики. Переменный поток жесткого рентгеновского излучения, наблюдавшийся во время баллонных полетов, несомненно, связан с излучением отдельных компактных источников. Наблюдения телескопа СИГМА действительно продемонстрировали большой диапазон изменения потоков от этих источников на временных масштабах порядка года.

На энергиях выше ~ 100 кэВ лишь два источника (1Е 1740.7-2942 и GRS 1758258) вносят существенный вклад в излучение области Центра Галактики. Особый интерес представляет 1Е1740.7-2942 (глава 3), расположенный на расстоянии 50' от Центра Галактики. Со многих точек зрения этот объект оказался абсолютно пекулярным. После появления первых результатов наблюдений 1Е1740.7-2942 обсерваторией ГРАНАТ было опубликовано более 50 работ, посвященных этому источнику.

1Е1740.7—2942 был открыт в мягком рентгеновском диапазоне обсерваторией

им. Эйнштейна (Герц и Гриндлей, 1984). Наблюдения на более высоких энергиях (Скиннер и др., 1987, Кук и др., 1991) дали свидетельства в пользу необычайной жесткости спектра источника. С появлением результатов обсерватории ГРАНАТ стало ясно, что 1Е 1740.7-2942 является ярчайшим источником жесткого рентгеновского излучения в окрестности Центра Галактики. Часть явлений, ранее приписываемых гипотетической сверхмассивной черной дыре, несомненно, связана с этим источником. Жесткий спектр источника, тянущийся вплоть до сотен кэВ, позволил причислить 1Е1740.7-2942 к списку кандидатов в черные дыры в нашей Галактике. Завал спектра на энергиях выше 100 кэВ свидетельствует в пользу "тепловой" природы излучения. В октябре 1990 г. телескоп СИГМА зарегистрировал кратковременное "сверхжесткое" состояние источника (Сюняев и др., 1991, Буше и др., 1991), характеризующееся присутствием достаточно узкой спектральной детали на энергиях ~ 400 кэВ. В контексте предположения о связи "сверхжесткого" состояния источника с аннигиляцией электрон-позитронных пар 1Е1740.7-2942 получил название "Великий Аннигилятор". Дальнейшие свидетельства пекулярности источника были обнаружены в радиодиапазоне: в направлении на 1Е1740.7-2942 было обнаружено плотное молекулярное облако (Балли и Левенталь, 1991, Мирабель и др., 1991). Более того, в радиодиапазоне были обнаружены компактный источник и джетоподобные структуры по обе стороны от источника (Мирабель и др., 1992). Открытие джетов и переменного компактного источника позволили Пин-нею (1992) классифицировать 1Е1740.7-2942 как микроквазар и ускоритель частиц в окрестности Центра Галактики. Возникло предположение, что уникальные свойства 1Е1740.7-2942 связаны с тем, что источник погружен в плотное молекулярное облако. Действительно, на низких энергиях спектр 1Е1740.7—2942 характеризуется необычайно сильным поглощением, соответствующим огромному количеству вещества на луче зрения Л^н ~ 1 — 2 х 1023 см-2, что не противоречит этой гипотезе. Возможные следствия присутствия холодного газа в окрестности мощного рентгеновского источника (аккреция Бонди-Хойла на одиночную черную дыру, комптонов-

Рисунок 2. Слева: Спектр источника 1Е1740.7-29-52, наблюдавшийся обсерваторией АСКА осенью 1993 г. Справа: ожидаемый спектр излучения для источника в центре сферического облака с Л'// — 2 х 1023 см-2. Видно, что в наблюдаемом спектре практически отсутствует линия 6,4 кэВ Это позволяет заключить, что облако расположено перед источником.

ское эхо и т.д.) обсуждались в работах Балли и Левенталя, 1991, Мирабеля и др., 1991, Сйняева и др., 1991, Рамати и др., 1992, Чуразова и др., 1993, Чсна и др., 1994. Однако, используя данные обсерваторий ГРАНАТ и АСКА, удалось показать, что плотное молекулярное облако находится перед источником, а масса газа, окружающая 1Е1740.7-2942, достаточно мала (рис. 2). Эти результаты позволяют сделать вывод, что механизм Бонди-Хойла не является источником аккрецирующего вещества в этом источнике. Совокупность всех данных наблюдений свидетельствует, что, скорее всего, "1Е 1740.7-2942 входит в тесную двойную систему.

В главе 4 приведены результаты наблюдений источника 1758-258. Открытие этого источника обсерваторией ГРАНАТ позволило обьяснить происхождение жесткого излучения, ранее приписываемого близкому к нему источнику 0X5-1. Хотя 01?51758-258 достаточно уникален и сам по себе, особый интерес этот источник вызывал как возможный аналог 1Е1740.7-2942. Заметим, что на порядок меньшее поглощение в направлении на этот источник (по сравнению с 1Е1740.7-2942) значительно облегчает оптические и инфракрасные наблюдения.

Наблюдения источника ОР$1758-258 телескопом СИГМА выявили сложную

картину долговременной переменноеш потока жесткого излучения, меняющегося более чем н 10 раз на маашабах порядка года. Такое поведение, включая продолжительные низкие состояния и. но ¡можно, переменность порядка 20-30% на масштабе дней, очень похоже на поведение 1Е1740 7-2942 (Чуразов и др., 1993, Кордве и др.. 1993). Более того, формы спектров -мих источников весьма близки: параметры аналитической аппроксимации спектров в диапазоне 35-300 кэВ моделью комптонизи-рованного излучения (для дисковой геометрии) дают значения Тг — 38 кэВ, т = 1.1 для СЯБ1758-258 и Т. Г> кчВ. - 1.1 для 1Е1740.7-2942. Дальнейшее подтверждение сходства двух источников было обнаружено в радиодиапазоне: Мирабелем и др., 1992 и Родригесом и др., 1992 на месте 01?31758-258 был найден протяженный радиоисточник, состоящий из двухстороннего джета и компактного ядра. Положение центра компактного ядра в радиодиапазоне совпадает с точностью ~ 10" с координатами жесткого источника, полученными телескопом СИГМА. Так же, как и для 1Е1740.7-2942, поток радиоизлучения от компактного ядра й!?51758-258 коррелирует с рентгеновским излучением источника. Таким образом, совокупность рентгеновских и радионаблюдений указывает на одинаковую природу этих двух источников. Как было показано выше, ассоциация 1Е1740.7-2942 с плотным молекулярным облаком скорее всего является эффектом случайной проекции. Поэтому дополнительное поглощение в направлении на 1Е1740.7-2942 не противоречит этому предположению. Единственным существенным отличием свойств этих двух источников в жестких рентгеновских лучах является отсутствие "сверхжестких" состояний для 01^51758-258. Однако доля времени, проводимого источником 1Е1740.7-2942 в "сверхжестком" состоянии, не велика. Следовательно, этот аргумент не может рассматриваться как свидетельство существенно различной природы этих объектов.

Одним из важных результатов наблюдения области Центра Галактики явилось открытие жесткого излучения от рентгеновских барстеров (в частности, 4111728-337 (0X354-0), 4Ш724-307 (Теггап 2), 4Ш732-304 (Теггап 1), К51731-260, А1742-294 и 4Ш705-44). В 5 и 6 главах кратко описаны наблюдения источников К51731-

\ \

Рисунок 3. Распределение светимости по энергии для источников 0X5-1 (слева), 4Ш705-44 (в центре) и 1Е1740.7-2942 (справа). Данные на энергиях выше 35 кэВ — результаты наблюдений телескопа СИГМА (усредненные за период 1990—1994 гг. для 0X5-1 и 1Е1740.7-2942 и усредненные по наблюдениям весной 1994 г. для 4111705-44). Данные о спектрах в стандартном рентгеновском диапазоне получены приборами ТТМ (для 0X5-1 и 1Е1740.7-2942) и ЕХОБАТ МЕ (для 4111705-44). Для сравнения показано распределение светимости по энергии для спектров теплового излучения оптически тонкой плазмы (с учетом фотопоглощения на низких энергиях) с температурой ~5 кэВ (слева). 5 и 40 кэВ (в центре), 130 кэВ (справа).

260 телескопом ТТМ (обсерватория МИР-КВАНТ) и А1742-294 телескопом СИГМА (обсерватория ГРАНАТ). Кратковременное жесткое состояние рентгеновского бар-стера А1742-294 было обнаружено в эксперименте ГРАНАТ/СИГМА во время наблюдений области Центра Галактики осенью 1992 г.. Во время предшествующих пяти серий наблюдений этой же области поток от источника на энергиях > 35 кэВ был ниже порога чувствительности телескопа. Спектр источника, наблюдавшийся осенью 1992 г., в диапазоне 35-200 кэВ может быть аппроксимирован спектром излучения оптически тонкой плазмы с температурой Те ~40 кэВ, т.е. значительно более высокой, чем Те кэВ, полученной по наблюдениям телескопа АРТ-П в стандартном рентгеновском диапазоне в 1990 г.. Тем не менее даже в жестком состоянии спектр А1742-294 оставался значительно мягче спектра соседнего источника — кандидата в черные дыры 1Е1740.7-2942.

С точки зрения телескопа СИГМА (т.е. в жестких рентгеновских лучах), все маломассивные рентгеновские системы, не являющиеся пульсарами, могут быть грубо разделены на три группы, отличающиеся распределением светимости по энергии (см. рис. 3). Источники с высокой светимостью ~ 1038 эрг/с (так называемые Ъ-источники) очень ярки в рентгеновских лучах, но в диапазоне СИГМы излучают не

более нескольких процентов их светимости (рис.За). Напротив, основная доля светимости кандидатов в черные дыры (в жестком состоянии) излучается на энергиях ~ 100 кэВ (рис.Зв). Объекты, известные как рентгеновские барстеры (из списка источников, зарегистрированных телескопом СИГМА), составляют промежуточную группу: большую часть времени они имеют довольно мягкие спектры и распределение светимости по энергии напоминает рис. За, но часть времени они проводят в жестком состоянии, напоминающем рис.Зв, хотя максимум светимости приходится на несколько более низкие энергии ~ 30-50 кэВ. В главе 7 обсуждаются свойства рентгеновских барстеров в сравнении со свойствами кандидатов в черные дыры в рамках модели комптонизации.

В главе 8 рассматриваются ограничения на параметры гамма-всплесков, следующие из наблюдений области Центра Галактики телескопом СИГМА. Во время работы обсерватории ГРАНАТ в 1990-1991 гг. всплесковая ячейка телескопа СИГМА была включена в течение ~5300 часов. Кодирующая маска телескопа позволяет ло-кализовывать с точностью до минут дуги гамма-всплески, находившиеся в поле зрения телескопа размером 18.1° х 16.8°. Чувствительность ячейки к всплескам, расположенным в центре поля зрения, очень высока: ~ 3 х Ю-8 и ~ 8 х 10~8 эрг/см2 в диапазоне 40-90 кэВ для времени интегрирования 0.25 и 2 с, соответственно. Тем не менее, ни одного всплеска не было зарегистрировано в поле зрения телескопа. Все 18 событий (классифицированных как космические гамма-всплески), обнаруженные телескопом СИГМА, пришли с боковых направлений. В течение 950 часов телескоп СИГМА был направлен в сторону Центра Галактики и более 1.5 х Ю10 Л/э вещества Галактики находилось в пределах поля зрения телескопа. Для источника, расположенного на расстоянии 8,5 кпк, порог чувствительности ячейки соответствует светимости в диапазоне 40-90 кэВ на уровне 3 х 1038 эрг/с, лишь слегка превышая Эд-дингтоновский предел для нейтронной звезды. Отсутствие слабых гамма-всплесков из области Центра Галактики означает, что либо типичная светимость всплесков ниже ~ 1038 эрг/с и всплески рождаются достаточно близко к солнечной системе,

либо их светимость превышает ~ 10'" эрг/с и всплески возникают в массивном гало Галактики или имеют космологическое происхождение.

Часть II. Методы диагностики рассеивающей среды в области Центра Галактики и горячего газа в скоплениях галактик

В работе Гильфанопа, Сюняева и Чуразоиа (1987) показано, что комптоновское рассеяние анизотропного излучения компактного источника на свободных электронах может приводить к возникновению сложных структур в наблюдаемом распределении поверхностной яркости. В частности, при рассеянии коллимированного излучения, возникающие структуры будут напоминать джеты, наблюдающиеся в активных ядрах галактик и квазарах. В главе 9 показано, что, кроме большого морфологического разнообразия диффузных источников излучения, комптоновское рассеяние гамма-излучения может приводить к появлению специфических спектральных деталей на высоких энергиях, выглядящих как эмиссионные линии. Благоприятные условия для формирования спектральных особенностей могут возникать в источниках, в которых присутствуют узкоколлимированные пучки жесткого гамма-излучения. Среди астрофизических объектов это, прежде всего, активные ядра галактик. Недавние открытия релятивистских выбросов вещества в галактических источниках — кандидатах в черные дыры 1Е1740.7-2942, 01*51915-105 и 61*01655-40 — позволяют предполагать, что в этих объектах также могут возникать благоприятные условия для формирования спектральных особенностей. В частности, обсуждаемый ниже механизм лег в основу интерпретации широкой эмиссионной линии в спектре 1Е1740.7-2942 (Скибо и др., 1994). Привлекательность данного механизма состоит в возможности объяснения спектральных деталей на высоких энергиях без привлечения процессов аннигиляции. Заметим, что целый ряд современных моделей происхождения гамма-всплесков также предполагает присутствие коллимированного и жесткого гамма-излучения. Поэтому механизм формирования линий в результате комптоновского рассеяния может представлять интерес и при анализе

Рисунок 4. Слева: Профиль рассеянного излучения линии 6.4 кэВ, выходящего из оптически тонкого облака нейтрального водорода (сплошная кривая). Пунктиром показан профиль, возникающий при рассеянии на холодных свободных электронах. Справа: Рассеяние линии 6,4 кэВ в облаке свободных "горячих" электронов (температура электронов равна 0.1, 1 и 10 эВ).

спектров гамма-всплесков.

В главе 10 показано, что во многих астрофизических задачах важен учет рассеяния рентгеновских флюоресцентных линий железа на нейтральном или молекулярном водороде. Подобная проблема возникает при исследовании рассеяния излучения в рентгеновских эмиссионных линиях на нейтральном или молекулярном газе в активных ядрах галактик, в области центра нашей Галактики в молекулярных облаках, содержащих компактные рентгеновские источники. В сравнении с рассеянием на холодных свободных электронах появляются характерные искажения в профиле рассеянной линии, связаные с собственным движением электрона в атоме водорода и напоминающие искажения, возникающие при рассеянии рентгеновского излучения на ионизованной плазме. Таким образом, искажения профиля отдачи практически всегда присутствуют а астрофизических условиях: при малых температурах (водород нейтрален) искажения вызываются движением электрона в атоме, а при больших температурах (водород ионизован) искажения происходят вследствие тепловых движений электронов (рис. 4). С появлением нового поколения рентгеновских детекторов с энергетическим разрешением ~ 2 - 10 эВ анализ профиля

20 10 0 -10 -20

Рисунок 5. Сравнение распределений температур в скоплении Л426, получаемых при традиционном спектральном анализе (слева, Арнауд и др., 1994) и методом, описанным в работе. Спектральный анализ (слева) был выполнен на сетке с шагом 8'. Размеры кружков пропорциональны температуре (самый маленький кружок соответствует температуре 4.65 кэВ, а самый большой - 25 кэВ). На правой картинке контуры соответствуют температурам 4, 5. 6,... кэВ. Значения температур в целом согласуются, однако изображение справа дает гораздо более полное представление о поведении температуры газа в этом скоплении. Заметим, что при определении температуры (на обоих рисунках) не учитывалось влияние перераспределения фотонов по изображению

рассеянной компоненты может стать важным источником информации о степени ионизации, химическом составе и геометрии рассеивающей среды.

Очень часто в рентеновской астрономии приходится иметь дело с анализом спектров, содержащих лишь малое число отсчетов в каждом отдельном спектральном канале, хотя общее число отсчетов в спектре достаточно велико. Хорошо известно, что прямолинейное применение стандартных методов анализа данных может привести к значительным систематическим ошибкам в определении физически интересных параметров (см., например, Кэш, 1979). Долгое время считалось, что основная трудность связана с тем, что при малой статистической значимости регистрируемое число отсчетов распределено по Пуассону. В работе показано, что систематические ошибки возникают в результате корреляции измерений и приписываемых им ошибок. Развитые новые методы анализа данных (глава 11) позволяют избежать этого и, вместе с тем, сохранить простоту и удобство традиционных подходов.

Другая проблема, рассмотренная в главе 11, связана с построением карт распределения температуры в протяженных источниках. Разработанный в главе 11 метод гораздо более прост и эффективен по сравнению с "обычными" методами (см. рис 5).

О о -1 О © ® 0 0 1 •

о 0 о О О 0 О о"

о о о о о о о-

о 0 О 0 о о 0 о :

1- @© о о

ы

Хотя метод был разработан и проверен применительно к наблюдениям обсерватории АСКА, его адаптация к анализу данных других обсерваторий (например, РОСАТ) не представляет труда.

В конце главы 11 обсуждается метол коррекции пространственного перераспре деления фотонов зеркальными системами телескопов, подобных установленным на борту обсерватории АСКА и разрабатываемых для обсерватории СПЕКТР-РЕНТГЕН-ГАММА. Несмотря на свою простоту, предложенный метод в 5-10 раз подавляет нежелательные эффекты, возникающие при наблюдении протяженных источников (например, скоплений галактик).

Обсуждаемые выше методы были использованы при поиске градиентов температуры и обилия тяжелых элементов в нерегулярном скоплении А1367 (глава 12). Наблюдения обсерватории АСКА показали неизотермичность межгалактического газа в скопления А1367. В отличие от обычной ситуации, когда температура газа коррелирует с богатством скопления, в А1367 наиболее горячая область соответствует менее массивной части скопления. В то же время, никаких признаков изменения обилия по скоплению не обнаружено. Такое поведение температуры свидетельствует о том, что в настоящее время скопление далеко от равновесного состояния и мы наблюдаем процесс слияния двух частей скопления.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Проведен систематический анализ наблюдений телескопа СИГМА жесткого рентгеновского излучения области Центра Галактики. Показано, что рентгеновская светимость гипотетической сверхмассивной черной дыры в динамическом центре Галактики не превышает одной десятимиллионной от Эддингто-новской светимости. Жесткое переменное излучение этой области связано с несколькими компактными источниками, находящимися на значительном расстоянии от динамического центра.

2. Поставлены ограничения на светимость известных компактных источников в узкой линии 511 кэВ, свидетельствующие о диффузном происхождении излучения.

3. Исследованы свойства двух доминирующих источников жесткого излучения в области Центра Галактики - 1Е1740.7-2942 и GRS1758-258. Оба источника добавлены к списку кандидатов в черные дыры. Для 1Е1740.7-2942 удалось решить вопрос о взаимном положении источника и молекулярного облака.

4. Открыто жесткое излучение рентгеновских барстеров. Проведено сравнение свойств рентгеновского излучения этих объектов со свойствами аккрецирую-. щих черных дыр.

5. Используя данные наблюдений телескопа СИГМА Центра Галактики, поставлены ограничения на параметры типичных гамма-всплесков.

6. Предложен механизм возникновения спектральных особенностей в результате комптоновского рассеяния коллимированного излучения.

7. Рассмотрен вопрос диагностики рассеивающей среды по наблюдениям профиля отдачи рентгеновских эмиссионных линий.

8. Разработан ряд новых эффективных методов анализа рентгеновских данных.

Основные публикации по теме диссертации

1] Сюняев и др. (Sunyaev R. A., Churazov Е., Gilfanov М. R., Loznikov V., Yarpbu-renko N., Skinner G. K., Patterson T. G., Willmore A. P., Emam O., Brinkman A. C„ Heise J., in't Zand J., Jager R.), "A new transient X ray burst source near GX 1+4", in Proceedings of "23rd ESLAB Symposium", ESA SP-296, Bologna, Italy, editors: J.Hunt & B.Battrick, 1989, v.l. p.641

[2] Сюняев Р.А., Гильфанов Е.М., Чуразов Е.М., Лозников В.М., Ямбуренко Н.С., Скиннер Дж., Паттерсон Т., Виллмор П., Эмам О., Бринкман А., Хайзе Дж., Занд Дж., Ягер Р., "Новый рентгеновский транзиентный барстер KS1731-260", 1990, Письма в АЖ, 16, 136

[3] Сюняев и др. (Sunyaev R., Churazov Е., Gilfanov М„ Pavlinskii М„ Grebenev S., Babalian G., Dekhanov I., Iamburenko N., Bouchet L., Niel M., Roques J.-P., Mandrou P., Goldwurm A., Cordier В., Laurent P., Paul J.) , "Two hard X-ray sources in 100 square degrees around the Galactic Center", 1991, A&A, 247L, 29

[41 Сюняев и др. (Sunyaev R., Churazov E., Gilfanov M., Pavlinsky M., Grebenev S., Dekhanov I., Kuznetsov A., Yamburenko N.. Ballet J., Laurent P., Paul J., Salotti L., Natalucci L., Niel M., Roques J.-P., Mandrou P.), "GRANAT Images of the Galactic Center Region in the 4-1300 keV Band: Localization of the Possible Candidate for 511 keV Source", in Proceedings of "Gamma-ray line astrophysics", eds. P.Durouchoux, N.Pratzos, NY, AIP, 1991, p. 29.

[5] Сюняев и др. (Sunyaev R„ Churazov E., Gilfanov M., Pavlinskii M., Grebenev S., Babalian G., Dekhanov I., Khavenson N., Bouchet L., Mandrou P. Roques J.-P., Vedrenne G„ Cordier В., Goldwurm A., Lebrun F„ Paul J.) , "Three spectral states of IE 1740.7 - 2942 - From standard Cygnus X-l type spectrum to the evidence of electron-positron annihilation feature", 1991, Ap. J. (Letters)., 383L, 49

[6] Чуразов и др., (Churazov E., Gilfanov M., Sunyaev R. A., D'iachkov A., Khavenson N.. Kovtunenko V., Kremnev R„ Sukhanov K., Niel M., Bouchet L., Mandrou P., Roques J.-P., Cordier В., Goldwurm A., Lebrun F., Leray J.-P.) , "Spectral states of 1E1740.7-2942", 1993, A&A (Supplement Series), 97, 173

[7] Сюняев и др., (Sunyaev R. A., Churazov E., Gilfanov M., Terekhov O., Khavenson N., Kovtunenko V., Kremnev R., Claret A., Lebrun F„ Goldwurm A., Paul J., Pelaez F., Atteia J.L., Manrou P., Vedrenne G.), "A search for weak gamma-ray bursts with GRANAT/S1GMA", 1993, A&A (Supplement Series), 97, 85

|8] CiOHneB h Ap. (Sunyaev R., Churazov E„ Gilfanov M., Terekhov O., D'iachkov A., Khavenson N.. Kovtunenko V., Kremnev R., Claret A., Lebrun F., Goldwurm A., Paul J., Pelaez F„ Atteia J.L., Mandrou P., Vedrenne G.) , "A high-sensitivity search for gamma-ray bursts by the SIGMA telescope on board GRANAT (the Galactic center and all sky data)", 1993, Ap. /., 402, 579

19] Hypa30B h Ap., (Churazov E., Gilfanov M., Sunyaev R., Pavlinskii M„ Grebenev S., Diachkov A., Kovtunenko V., Kremnev R., Niel M., Mandrou P., Vedrenne G., Roques J.P., Cordier B., Goldwurm A., Lebrun F., Paul J.) , "Lo'w-flux hard state of IE 1740.7-2942", 1993, Ap. J., 407, 752

[10] THJib(})aHOB h ap. (Gilfanov M., Churazov E., Sunyaev R., Khavenson N., Novikov B., Dyachkov A., Kremnev R., Sukhanov K„ Bouchet L., Mandrou P., Roques J. P., Vedrenne G., Cordier B., Goldwurm A., Laurent P., Paul J.) , "Three Years of Monitoring GRS 1758-258: An Extremely Hard X-Ray Source near GX 5-1", L993, Ap.]., 418, 844

[11] HypasoB h ap. (Churazov E., Gilfanov M., Sunyaev R., Grebenev S., Markevich M., Pavlinsky M., Dyachkov A., Khavenson N., Cordier B., Goldwurm A., Lebrun F., Paul J., Roques J.P., Mandrou P., Bouchet L., Malet I.,) "Review of Galactic Center observations with GRANAT.", Proceedings of 27th ESLAB Symposium, ed. W.Wamsteker, M.Longair and Y.Kondo , Kluwer Acad. Publishers, 1994, 35

[12] rwib^aHOB h ap. (Gilfanov M., Churazov E., Sunyaev R., Khavenson N.. Novikov B., Dyachkov A., Tserenin I., Sukhanov K., Bouchet L., Denis M., Schmitz-Fraysse M„ Mandrou P., Paul J., Cordier B., Goldwurm A., Lebrun F.) , "Observation of transient high-energy emission features in the spectra of black hole candidates and the Crab Nebula by Granat/SIGMA", 1994, Ap. J. (Supplement Series), 92, 411

[13] To/WBypM h ap. (Goldwurm A., Cordier B., Paul J., Ballet J., Bouchet L., Roques J., Vedrenne G., Mandrou P., Sunyaev R., Churazov E., Gilfanov M., Finogenov

A., Vikhlinin A., Dyachkov A., Khavenson N.. Kovtunenko V.), "Possible evidence against a massive black hole at the Galactic Centre.", 1994, Nature, 371, 589

Il4j Wypa30B h up. (Churazov E., GilfanovM., Sunyaev R., Khavenson N.. Novikov B., Dyachkov A., Kremnev R., Sukhanov K., Cordier B., Paul J., Laurent P., Claret A., Bouchet L., Roques J. P., Mandrou P., Vedrenne G.), "Review of GRANAT/SIGMA Observations of the Galactic Center Region", 1994, Ap. J. (Supplement Series), 92, 381

[15] rHJib(})aHOB h «p. (Gilfanov M., Churazov E., Sunyaev R., Vikhlinin A., Finoguenov

A., Sitdikov A., Dyachkov A., Khavenson N.. Laurent P., Ballet J., Claret A., Goldwurm A., Roques J.P., Mandrou P., Niel M., Vedrenne G.,) "Hard X-ray observations of black hole candidates.", NATO ASI Series, Series C, Vol.450 "The Lives of neutron stars", ed. A.Alpar, U.Kiziloglu, J.van Paradijs, Kluwer Acad. Publishers, 1995, p.331

[16] Ma;ie h ap. (Malet I., Roques J. P., Bouchet L., Vedrenne G., Paul J., Cordier

B., Ballet J., Lebrun F„ Sunyaev R., Churazov E., Gilfanov M., Khavenson N.. Dyachkov A., Kuleshova N., Sheikhet A., Tzerenin I.),"SIGMA Observations of the Galactic Center at 511 keV", 1995, Ap. J.. 444, 222

[17] Hypa30B h flp. (Churazov E., Gilfanov M„ Sunyaev R., Novickov B., Chulkov I., Kovtunenko V., Sheikhet A., Sukhanov K., Goldwurm A., Cordier B., Paul J., Petrucci P. O., Jourdain E., Roques J. P., Bouchet L., Mandrou P.) , "Detection of the A1742-294 X-Ray Burster above 35 keV", 1995, Ap. J., 443, 341

[18] Mypa30B h «p., (Churazov E., Gilfanov M., Sunyaev R„ Vikhlinin A., Finoguenov A., Khavenson N., Dyachkov A., Kovtunenko V., Cordier B., Paul J., Goldwurm A., Laurent P., Roques J.P., Mandrou P., Niel M., Vedrenne G.), "Averaged Picture of the GC region in Hard X-rays", Frontiers Science series #12, "New Horizon of X-Ray Astronomy", Eds.: F.Makino and T.Ohashi, p.491