Статистика слабых (≤10-7 эрг/см2) космических гамма-всплесков на фоне высыпаний магнитосферных электронов по данным эксперимента ГРИФ на орбитальной станции МИР тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им М В ЛОМОНОСОВА

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ им Д В СКОБЕЛЬЦЫНА

На правах рукописи

Морозов Олег Вячеславович

«Статистика слабых (£ 10*7 эрг/см2) космических гамма-всплесков на фоне высыпаний магнитосферных электронов по данным эксперимента ГРИФ на орбитальной станции МИР»

Специальность 01 04 08 — физика плазмы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 2005

Работа выполнена на кафедре космических лучей и физики космоса физического факультета МГУ Научные р/коволители

доктор физико-ма тематических наук, профессор Юрий Иванович Логачев (НИИ ядерной физики МГУ) кандидат физико-математических наук, доцент Сергей Игоревич Свертилов (физический факультет МГУ) Сфициаль ные оппоненты

доктор физико-математических наук, профессор Игорь Владимирович Гецелев (НИИЯФ МГУ) доктор физико-математических наук Игорь Георгиевич Митрофанов (ИКИ РАН)

Ведущая организация

Московский инженерно-физический институт (Технический университет)

Защита состоится " " Л-евс^ 2005 г, в 00 на заседании диссертационного совета К 501 001 03 в Московском государственном университете им М В Ломоносова по адресу 119992, г Москва, Ленинские горы, НИИ ядерной физики МГУ, кор 19 ауд 2-15

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЯФ МГУ

Автореферат разослан "Ж" апреля 2005 г

Ученый секретарь

диссертационного совета К 501 001 03

Цель работы.

Цель настоящей работы заключалась в исследовании статистических и морфологических характеристик слабых (<107 эрг/см2) и относительно мягких (характерная энергия кТ < 50 кэВ) гамма-всплесков на фоне имитаций высыпаниями магнитосферных электронов, а также изучении пространственных и временных характеристик потоков электронов с энергиями >80 кэВ в низкоширотных (¿. < 2) областях околоземного космического пространства

Актуальность проблемы

Несмотря на достигнутые успехи в изучении космических гамма-всплесков, связанные с наблюдениями, так называемого, «послесвечения» (afterglow) в радио, оптическом и рентгеновском диапазонах [1-3] природа источников гамма-всплесков остается до конца не ясной Основной проблемой, по-видимому, является то, что не прослеживается корреляция более слабых всплесков с более удаленными объектами, что должно было бы иметь место в случае одинаковой светимости в источнике Разброс светимостей в источнике составляет много порядков - от ~1047 ДО ~1054 эрг/с Для объяснения такого разброса светимостей в последнее время активно обсуждается возможность так называемого, «биминга» (от англ beam - луч), то есть сильно анизотропного излучения в источнике [4-7] В этом случае наблюдаемый разброс светимостей естественным образом объясняется тем, что направление гамма-луча в источнике произвольно ориентировано относительно наблюдателя Следует отметить, что данные об идентификации источников всплесков получены для относительно небольшого числа событий, в то же время именно статистические характеристики дают информацию о популяции источников гамма-всплесков в целом В частности, распределение всплесков по наблюдаемым интенсивностям отражает в какой-то степени распределение их источников по величине красного смещения Z, и, таким образом, с помощью этого распределения может быть прослежена история глобального звездообразования во Вселенной [8-12] Исходя из распределения по наблюдаемым интенсивностям, в рамках заданного пространственного распределения источников, может

быть получена информация о собственной светимости в источнике, и оптимизированы параметры модели, характеризующей распределение гамма-всплесков по собственным светимостям [13-17]

Таким образом, несмотря на успехи, связанные с наблюдениями в оптическом диапазоне, исследование статистических характеристик остается актуальным В этом плане особый интерес представляет изучение распределений по наблюдаемым потокам S в области малых значений потоков S < 10"7 эрг/см2 Согласно некоторым данным наблюдаемые полные потоки Б ~ 10'7 эрг/см2 соответствуют значениям 2 > 1 и даже г > 3 [8] Поэтому частота регистрации слабых гамма-всплесков может иметь критическое значение, как в плане космологических моделей их источников, так и моделей первичного звездообразования во Вселенной

Как известно, наилучшие, на сегодняшний день, данные по статистике гамма-всплесков получены в эксперименте BATSE ССЯО в основном для диапазона энергий 0 05-1 МэВ [18] Однако отмеченное выше значение флюенса S ~ 10" эрг/см2 близко к порогу регистрации всплеска в этом эксперименте Поэтому в свете вышеизложенного представляется необходимым использовать все возможности для получения независимой оценки частоты регистрации слабых гамма-всплесков

Наряду с распределением по наблюдаемым потокам важную роль в статистике гамма-всплесков играют распределения по длительности и спектральной жесткости (эффективной температуре ОТ) Большинство гамма-всплесков, зарегистрированных в эксперименте BATSE CGRO, характеризуются значениями кТ > 50 кэВ [18, 19] При этом остается открытым вопрос, отражает ли относительно малое количество "мягких" всплесков {кТ < 50 кэВ) истинное распределение гамма-всплесков по величинам кТ или же это результат селекции, связанной с высоким энергетическим порогом в большинстве экспериментов (номинальный энергетический порог BATSE CGRO - 20 кэВ, реальный порог срабатывания триггера - 50 кэВ) [18] Поэтому представляется весьма актуальным провести поисковые исследования популяции "мягких" космических гамма-всплесков

Слабые всплески труднее регистрировать одновременно на нескольких космических аппаратах в виду не совпадения энергетических порогов и чувствительности регистрирующей аппаратуры в различных экспериментах А именно одновременная регистрация всплеска на нескольких аппаратах является основным критерием достоверности события Поэтому в случае регистрации слабых и относительно мягких гамма-всплесков, особенно в экспериментах на околоземных космических аппаратах, актуальное значение приобретает проблема имитаций всплесков кратковременными высыпаниями магнитосферных электронов через генерацию тормозного излучения Для решения этой проблемы исключительный интерес представляют данные одновременно работающих детекторов электронов и гамма-квантов

Изучение пространственного распределения потоков электронов с энергиями в десятки - сотни кэВ на низких высотах и широтах имеет и самостоятельное значение в плане понимания динамики радиационных поясов и механизмов высыпаний Хотя за более чем 40-летнию историю экспериментального изучения потоков и спектров захваченных частиц радиационных поясов Земли накоплен обширный наблюдательный материал [20-24], до последнего времени не было достаточно полной картины о динамике потоков квазизахваченных частиц В частности это касается электронов субрелятивистских и релятивистских энергий на малых высотах («под радиационными поясами») в областях, соответствующим малым значениям ^ (< 1 5) Информация о пространственной структуре потоков электронов с энергиями в десятки- сотни кэВ в областях, соответствующих малым 1_, особенно в районе геомагнитного экватора (I < 12), также не полна и довольно противоречива Это обусловлено малыми величинами потоков, что требует использования детекторов с достаточно большим геометрическим фактором Однако большинство проведенных до сих пор экспериментов было ориентировано на изучение очень больших потоков захваченных частиц именно в радиационных поясах, для чего использовались детекторы с малым геометрическим фактором, например, [25, 26]

Новизна работы.

Впервые на основе данных космического эксперимента 3

(ГРИФ) на орбитальной станции «Мир», в ходе которого проводились наблюдения космических гамма-всплесков в диапазоне жесткого рентгеновского и гамма-излучения (10-300 кэВ), а также регистрировались заряженных частицы высоких энергий в различных областях околоземного пространства, были определены характеристики потоков электронов и их вариаций, имитирующих гамма-всплески В результате использования детектора с большим геометрическим фактором (-80 см2ср) были детально измерены пространственные распределения потоков электронов с энергиями >80 кэВ на различных дрейфовых оболочках вне зон захваченной радиации Обнаружены области существования стационарных потоков квазизахваченных электронов в районе дрейфовых оболочек ^ ~ 1 4, ^ < 1 2 В низкоширотных (I < 2 0) областях околоземного пространства зарегистрированы обусловленные

кратковременными вариациями потоков квазизахваченных и высыпающихся электронов возрастания интенсивности счета электронов с энергиями >0 08 МэВ длительностью менее 1 мин, которые могут имитировать космические гамма-всплески.

Разработаны критерии, позволившие надежно идентифицировать астрофизические рентгеновские и гамма-всплески на фоне имитаций потоками электронов Зарегистрировано несколько десятков всплесков жесткого рентгеновского и гамма-излучения астрофизической природы на уровне чувствительности -310"8 эрг/см2 {кТ ~25 кэВ) - ~10'7 эрг/см2 (кТ-100 кэВ) Некоторые из всплесков, характеризуемых значениями кТ ~ 10-50 кэВ, идентифицированы со вспыхивающим пульсаром ОЯО Л744-28 Дана оценка частоты регистрации со всего неба космических гамма-всплесков с полными потоками Б ~ 10"7 эрг/см2 Получена оценка частоты регистрации со всего неба «космологических» мягких гамма-всплесков, которая свидетельствует о том, что распределение длительных (> 1 с) гамма-всплесков по характерной энергии , и длительности не согласуются со стационарной космологической моделью, в которой не учитывается эволюция источников всплесков На основе совместного анализа данных экспериментов ГРИФ и ВДТБЕ ООЯО, сделан вывод о том, что основная доля источников гамма-всплесков относится к эпохе красных смещений

В ходе выполнения работы разработаны новые

программные средства и методы обработки данных, в том числе-

1. Разработан алгоритм автоматического выделения всплеска (как для высыпаний электронов, так и для гамма-всплесков) во временных рядах телеметрических данных

2. Разработан алгоритм идентификации имитаций гамма-всплесков потоками высыпающихся электронов.

3. Разработана многопараметрическая, кроссплатформенная система управления базой данных КОРОНАС.СМ, позволяющая эффективно, через единый интерфейс управлять анализом данных по любому, введенному пользователем алгоритму.

Научная и практическая ценность работы.

Полученная оценка частоты регистрации гамма-всплесков с полными потоками S ~ 10*7 эрг/см2 позволяет заключить, что распределение гамма-всплесков по наблюдаемым потокам (log/V - logS) не противоречит предсказаниям модели с максимумом частоты звездообразования на Z = 1.5-2 Сделанный на основе оценки частоты регистрации со всего неба «космологических» мягких гамма-всплесков (кТ < 50 кэВ) вывод о том, что основная доля источников гамма-всплесков относится к эпохе красных смещений 1 < Z < 5, позволяет существенно ограничить существующие теоретические модели, касающиеся как собственно источников гамма-всплесков, так и первичного звездообразования

Наблюдение стабильных в течение длительного времени (более двух лет) потоков субрелятивистских электронов в районе дрейфовых оболочек L ~ 1 4, L < 1 2 на высотах ~400 км свидетельствует о существовании постоянно действующих механизмах подпитки этих оболочек, поскольку среднее время жизни электронов на них меньше дрейфового периода Одним из таких механизмов может быть кулоновское рассеяние электронов на ядрах атомов остаточной атмосферы в районе Южно-Атлантической аномалии, которое наряду с взаимодействием «волна-частица» может играть существенную

роль в динамике радиационных поясов Земли, в частности, формируя один из каналов утечки частиц радиационных поясов

Обнаружение вариаций потоков электронов субрелятивистских энергий, приводящих к кратковременным (длительностью менее 1 мин) возрастаниям интенсивности в каналах регистрации электронов, свидетельствует о том, что в магнитосфере Земли могут протекать достаточно быстрые динамические процессы, приводящие к ускорению частиц и их инжекции на определенные дрейфовые оболочки.

Наблюдение интенсивных возрастаний потоков электронов в низкоширотных областях вне «зон высыпаний» -вплоть до геомагнитного экватора (I < 1.1) подтверждает актуальность проблемы имитаций астрофизических всплесков высыпаниями электронов практически во всех областях околоземного пространства.

Разработанные критерии идентификации космических гамма-всплесков на фоне имитаций вариациями потоков магнитосферных электронов могут применяться при анализе данных экспериментов по изучению гамма-всплесков на околоземных космических аппаратах

Разработанное в ходе подготовки диссертации программное обеспечение в части выработки критерия отбора всплеска при анализе временных рядов первичных телеметрических данных использовалась при обработке данных других космических экспериментов, в частности, приборов, установленных на спутнике «Коронас-Ф» и системы радиационного контроля СРК на Международной космической станции Система управления базой данных КОРОНАС СМ может быть использована при подключении к системе анализа данных в режиме -оп Нпе- баз данных других экспериментов

Личный вклад автора:

Автор принимал участие в определении физических характеристик приборов -Фон-1- и РХ-2 Он разработал математическую модель спектрометра жесткого рентгеновского и гамма-излучения РХ-2. Автор составил базу данных эксперимента ГРИФ и импортировал ее в разработанную им кроссплатформенную, многопараметрическую систему

управления КОРОНАС СМ Автор провел анализ современных данных о потоках электронов в околоземном пространстве, а также о статистических и морфологических характеристиках гамма-всплесков Он разработал методику анализа пространственного распределения потоков электронов с энергиями >80 кэВ, а также идентификации гамма-всплеска на фоне имитаций возрастаниями интенсивности электронов На основе этой методики автор провел работу по определению свойств потоков электронов и гамма-квантов на орбитах станции «Мир», выделил космические гамма-всплески и дал космофизическую и астрофизическую интерпретацию результатов эксперимента ГРИФ по изучению характеристик потоков электронов с энергиями >80 кэВ в околоземном пространстве и статистике космических гамма-всплесков

Апробация работы.

Основные материалы диссертации докладывались и обсуждались на международных конференциях по космическим лучам, всероссийской конференции -Астрофизика высоких энергий сегодня и завтра-, научной сессии МИФИ, Баксанской молодежной школе экспериментальной и теоретической физики, научной школе «Молодежь и научно-технический прогресс» (г Сэров, ВНИИЭФ), на научных семинарах НИИЯФ МГУ и ежегодной конференции МГУ «Ломоносовские чтения»

Основные результаты диссертации содержатся в 8 печатных работах

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы Объем диссертации 142 страницы, включая 56 рисунков, 9 таблиц и список литературы на 8 страницах (166 наименований)

Краткое содержание работы.

Во введении кратко обсуждается современное состояние проблемы исследования космических гамма-всплесков и

фоновых условий их наблюдения в околоземном космическом пространстве Исходя из анализа современного состояния проблемы, обосновывается актуальность темы исследования и формулируются основные цели дисертационной работы

Глава 1 посвящена анализу современного состояния проблемы гамма-всплесков, радиационных условий в околоземном космическом пространстве приводящих к имитациям гамма-всплесков высыпаниями магнитосферных электронов Рассматриваются особенности пространственного распределения потоков электронов на низких широтах

В §11 дается краткая характеристика основных компонентов фона при проведении гамма-астрономических наблюдений В §1 2 описываются свойства потоков электронов и их вариаций в околоземном космическом пространстве по данным измерений на различных космических аппаратах, в том числе спутниках OZHORA, SAMPEX, 'Активный-, -Ореол-3-орбитальной станции -Мир- (эксперимент -Спрут-5-) 'Коронас-И- Делается вывод о том что особенности пространственного распределения потоков энергичны электронов и их вариаций создают условия для имитаций космических гамма-всплесков

В §1 3 описываются морфологические и статистические характеристики космических гамма-всплесков по данным экспериментов BATSE CGRO, КОНУС, Beppo-SAX, INTEGRAL В §14 рассматриваются основные модели источников гамма-всплесков и их распределение в зависимости от величины характеризующей космологическое красное смещение Z

Глава 2 посвящена описанию регистрирующей аппаратуры и методики измерений Б эксперименте ГРИФ на орбитальной станции «Мир» В §21 описываются условия наблюдений в эксперименте ГРИФ космических гамма-всплесков, а также измерений основных компонентов фона, в том числе потоков сопутствующих заряженных частиц, рассматриваются основные параметры приборов В §2 2 описывается принцип функционирования и основные характеристики детектора электронов -Фон-1- В §2 3 рассматривается принцип функционирования и основные характеристики спектрометра жесткого рентгеновского излучения РХ-2 В §2 4 рассматривается математическая модель сцинтилляционного спектрометра РХ-2 приводятся результаты численного моделирования основных этапов преобразования в

приборе исходного спектра рентгеновского и гамма-излучения

В главе 3 описывается структура данных в эксперименте ГРИФ и методы их анализа В §3 1 рассматривается структура телеметрических данных, анализируются методы измерение выходных параметров основных приборов В §3 2 описана база данных космического эксперимента ГРИФ В §3 3 приводятся результаты применение базы данных космического эксперимента ГРИФ для совместного анализа показаний различных приборов

Глава 4 посвящена результатам измерений характеристик потоков электронов в околоземном пространстве по данным эксперимента ГРИФ В §4 1 описаны свойства потоков квазизахваченных электронов с энергиями >80 кэВ в околоземном пространстве на дрейфовых оболочках L<2 Отмечено наличие относительно стабильных во времени структур, проявляющихся в виде максимумов интенсивности, соответствующих ^ ~ 11, ^ ~ 14 и ^ ~ 16-17 В §4 2 описываются кратковременные возрастания интенсивности счета электронов с энергиями >80 кэВ в низкоширотных ^<2) областях околоземного пространства Подробно рассмотрены критерии отбора возрастаний, приведены примеры временных зависимостей потоков электронов с повторяющимися и уникальными максимумами интенсивности при пересечении одинаковой дрейфовой оболочки Построена карта географических положений максимумов интенсивности во время регистрации повышенного счета электронов релятивистских и субрелятивистских энергий (см рис 1 )

ТО'

Рис 1 Географическое положение максимумов интенсивности во время регистрации кратковременных вариации потоков электронов (Ее =80-160 кэВ) Треугольники - вариации повторяющиеся при пересечении одной и той же дрейфовой оболочки на нескольких последовательных витках орбиты квадраты - возрастания зарегистрированные только на одном витке Выделены проекции линий равных значений 1=11 1 4 и 1 7 на высоте 400 км по данным IGRF 1990, (р - географическая широта б - географическая долгота Серым цветом отмечена область пересечения орбитами станции "Мир" ЮАА В пределах этой области интенсивность счета электронов с энергиями Е-03-1 5 МэВ превышала 15 СМ 2 С ср

В §4 2 также приводится распределение по длительности космических гамма-всплесков по данным эксперимента BATSE CGRO и неповторяющихся на соседних витках орбиты интенсивные возрастания потоков электронов по данным эксперимента ГРИФ, показано что имеется вполне определенная область перекрытия длительностей этих событий от 20 с и выше

В главе 5 приводятся результаты по статистике космических гамма-всплесков по данным эксперимента ГРИФ В §5 1 рассматривается методика очистки фоновых показаний в рентгеновских каналах прибора РХ-2 от медленных вариаций, рассмотрен вклад в присчет рентгеновских каналов от

галактических космических лучей и потоков электронов в отрогах внешнего радиационного пояса Построены корреляционные диаграммы показаний в рентгеновских каналах прибора РХ-2 и скоростей счета в каналах регистрации электронов прибора -Фон-1 -

Параграф §5 2 посвящен отбору астрофизических всплесков в эксперименте ГРИФ Рассмотрен алгоритм идентификации космических гамма-всплесков на фоне имитаций высыпающимися магнитосферными электронэми и сильно ионизирующими ядрами В этом параграфе приведена таблица, в которой представлены характеристики 24 событий, удовлетворивших критерию отбора и рассматривающиеся как кандидаты в астрофизические всплески Было построено распределение этих событий по характерной энергии кТ, которое позволило сделать вывод о регистрации значимого количества событий, характеризуемых значениями кТ в диапазоне 10-50 кэВ

В §5 3 приведены результаты расчета эффективности регистрации гамма-всплесков со всего неба в эксперименте ГРИФ и дана оценка частоты регистрации слабых (~107 эрг/см2) событий Было построено интегральное распределение гамма-всплесков по полным потокам (рис 2) Как следует из рисунка, оценка частоты регистрации гамма-всплесков с полными потоками Э ~ 10"7 эрг/см2 полученная по данным эксперимента ГРИФ не противоречит модели плоской космологической модели -слияния- двух компактных обьектов при значениях г > 2 25 [27, 28]

В §5 4 представлены результаты по статистике мягких гамма- или жестких рентгеновских всплесков как тест космологической модели гамма-всплесков Приведено совместное распределение -длительность-спектральная жесткость- астрофизических всплесков, зарегистрированных в экспериментах ВДТБЕ СОЯО и ГРИФ (см рис 3) Это распределение свидетельствует о том, что большинство наблюдавшихся в эксперименте ГРИФ «мягких гамма или жестких рентгеновских» всплесков не являются космологическими, поскольку в противном случае их длительности в среднем должны быть больше, чем длительности гамма-всплесков зарегистрированных в эксперименте ВДТБЕ СОЯО

Рис 2 Интегральное распределение гамма-всплесков по полным потокам S, полученное в эксперименте с прибором РХ-2 (1), зависимость logN - logS для частоты регистрации всплесков со всего неба, построенная на основе данных эксперимента с прибором РХ-2 в предположении плоского (2) и типа .S (3) исходных распределений N(>S) Приведены соответствующие данные экспериментов КОНУС (4) и BATSE CGRO (5), а также зависимость N(>S) ~ S , выполняющаяся для однородного распределения источников в пространстве и результаты расчетов зависимости в рамках некоторых космологических моделей -слияния- двух компактных обьектов для разных значений космологического красного смещения Z

Тем не менее, количество зарегистрированных в эксперименте ГРИФ «мягких гамма или жестких рентгеновских» всплесков которые заведомо не идентифицированы с известными галактическими источниками, в пересчете на все небо может рассматриваться в качестве верхней границы числа наблюдаемых космологических мягких гамма-всплесков, т.е. всплесков, которые могут относиться к продолжению популяции «типичных» гамма-всплесков в область значений кТ< 50 кэВ.

Из представленного на рис 3 распределения могут быть установлены относительные границы возможного диапазона значений В качестве верхнего предела величины

отношения (1+2тах)/(1+2тщ) может быть взято относительное изменение параметра Д? (или кТ) вдоль получающихся из известных в космологии соотношений

«антикорреляционных» прямых кТ~ (А/)"1, которые ограничивают область расположения гамма-всплесков на диаграмме «кТ - А?» Из рис 3 следует, что, в частности, длительные ^ > 1 с) всплески лежат в основном в пределах области, вдоль границ которой, относительное изменение величин составляет

~3 Таким образом, для диапазона значений ^ может быть получена оценка

(1)

Абсолютные границы диапазона значений ^ могут быть выбраны, исходя из данных по прямой идентификации гамма-всплесков с внегалактическими объектами Имеющиеся на сегодняшний день результаты свидетельствуют о том, что значения для всплесков, идентифицированных с

внегалактическими объектами, лежат в диапазоне от -0 4 до ~45, при этом для большинства идентифицированных всплесков

Таким образом, с учетом ограничения (1) для основной массы популяции источников гамма-всплесков может быть получена оценка 1 < г < 5 Следует отметить, что эта оценка относится только к группе длительных гамма-всплесков

В заключении приведены основные выводы и результаты, выносимые на защиту

Рис 3 а Диаграмма «спектральная жесткость ~ дпитепьность» астрофизических всплесков зарегистрированнь х в экспериментах —РИФ на ОС «Мир» (черные точки) и гамма-всплесков из 3 каталога BATSE CGRO (крестики) Линии ограничивают область «типичных» длительных (>1 с) гамма всплесков б Распределение по длительности гамма-всплесков построенное по данным BATSE CGRO (зависимость 1) а также распределение по длительности астрофизических всплесков зарегистрированных в эксперименте ГРИФ (зависимость 2)

На защиту выносятся:

1 Выполненная работа по обработке и анализу данных эксперимента ГРИФ в части измерений потоков электронов с энергиями >80 кэВ, поиску и идентификации космических гамма-всплесков

2 Многопараметрическая, кроссплатформенная система управления базой данных КОРОНАС СМ, использовавшаяся для управления данными эксперимента ГРИФ

3 Результаты расчета и моделирования физических характеристик спектрометра жесткого рентгеновского и гамма-излучения РХ-2 и детектора электронов ФОН-1

4 Методика анализа данных эксперимента, позволившая идентифицировать космические гамма-всплески на фоне имитаций, обусловленных вариациями потоков магнитосферных электронов

5 Результаты исследования пространственного распределения потоков электронов с энергиями >80 кэВ на дрейфовых оболочках L < 2 вне зон захваченной радиации на высотах -400 км

6 Результаты исследования пространственного распределения возрастаний интенсивности в каналах регистрации электронов, обусловленных кратковременными вариациями потоков квазизахваченных и высыпающихся электронов

7 Каталог гамма-всплесков, их основные характеристики

8 Результаты по статистике гамма-всплесков оценки частоты регистрации со всего неба слабых (S ~ 10-7 эрг/см2), а также относительно мягких (кТ < 50 кэВ) событий и их астрофизическая интерпретация

Ссылки

1 Van Paradijs J Groot P J , Galama Т et al Nature 1997 V 3B6, p 6B6

2 Costa E , Frontera F , Heise J et al Nature 1997 V3B7 p 7B3

3 Frail D A Kulkarni S R Nicastro SR et al Nature 1997 V3B9 p 261

4 Frail D et al Astrophys J 2001 V562 p 55

5 Bloom JS Frail D Kulkarni S Astrophys J 2003 V594 p 674

6 Rossi E Lazzati D Rees MJ MNRAS 2002 V 332 p 945

7 Zhang В , & Meszaros P Astrophys J 2002 V571 p B76

B Wijers RAMJ Bloom JS Bagla J S, Natarajan P Month Not Roy Astron Soc 199B V294 L13

9 Weinberg Nevm, Graziam Carlo, Lamb D Q , Reichart D E , astro-ph/0210435 2002

10 Totani T Astrophys J (Lett) 1997 V486 L71

11 Krumholz M Thorsett S E , Harrison F A Astrophys J (Lett) 1998 V506, L81

12 Mao S Mo HJ Astron Astrophys 1998 V339 L1

13 Femmore E E Epstein R I et al Nature 1993 V 366, p 40

14 Rutledge RE, Hui L, Lewin WHG Month Not Roy Astron Soc, 1995 V276 p 753

15 Femmore E E & Bloom JS Astrophys J 1995, V 453,25

16 Cohen E & Piran T Astrophys J 1995, V 444, L25

17 Hakkila J, et al Astrophys J 1996 V 462,125

18 Pasiesas W S Meegan C A , Pendleton G N et al Astrophys J Supp Series 1999, V 122 465-495

19 Pasiesas WS, Meegan CA, Pendleton

GN, et al, Vizie R On-line Data Catalog IX 120A 2001 http//www batse msfc nasa gov/bats e/grb/catalog/4b/

20 Van Allen JA State University of Iowa Rept 60-13 1960

21 Верное С H Чудаков А Е , Вакулов П В Логачев Ю И ДАН СССР

1959 Т 125 №2 С 304-307

22 Верное С Н Чудаков А Е УФН

1960 Т 70 Вып4 С 585-619

23 Хесс В «Радиационный пояс и магнитосфера» М Атомиздат

1972 352c

24 Тверской Б А «Динамика радиационных поясов Земли» М Наука 1968 224 с

25 Vampola A L , Kuck G A Geophys Res Lett 1978 V83 Р2543

26 Imhoff W L, Reagan J B, Gains ЕЕ J Geophys Res 1978 V84 P 4245

27 Norns J P, Gamma-Ray Bursts and Cosmology, astro-ph/0312277

28 Woods P М , Kouveliotou С , Van Paradijs J et al, Astrophys J 1999 V 517, p 431

29 Donaghy Т Lamb D Q, Reichart D Е , GrazianiC , astro-ph/0210436,2002

Список ОСНОВНЫХ работ по теме диссертации:

1. Кудрявцев М И Богомолов А В , Богомолов В В , Морозов О.В. Свертилов С И «Наблюдения космических гамма-всплесков в эксперименте -ГРИФ-1-на станции -Мир-» Сборник научных трудов научной сессии МИФИ-99 М МИФИ 1999 Т 4, с 20-21

2. Морозов О.В., Кудрявцев М И Свертилов С И, Богомолов В В «Наблюдения мягких гамма или жестких рентгеновских всплесков в эксперименте ГРИФ на орбитальной станции МИР» Тезисы докладов Всеросс конф -Астрофизика высоких энергий сегодня и завтра- (НЕА-2001), Москва, 24-26 декабря 2001 г М ИКИ РАН 2001 С 20-21

3. Кудрявцев М И , Свертилов С И Морозов О В. «Статистика слабых гамма-всплесков по данным эксперимента ГРИФ на орбитальной станции -Мир-» Письма в Астрон журнал 2002 Т 28, №5, с 331-340

4. Кудрявцев М И , Свертилов С И Морозов О.В. «Наблюдения мягких гамма- или жестких рентгеновских всплесков в эксперименте ГРИФ на орбитальной станции -Мир'» Письма в астрон журнал 2003 Т29, №5, с 323-333

5. Морозов О.В. «Источники космических гаммз-всплесков обьекты далекие или близкие» Труды четвертой Баксанской молодежной школы экспериментальной и теоретической физики-2003 Под редакцией А А Петрухина MX Хоконова Нальчик КБГУ 2004 С 21-30

6 Богомолов А В , Денисов Ю И Логачев Ю И Морозов О.В., Свертилов С И , Житник И А , Игнатьев И П Опарин С Н Перцов А А , Тиндо И П «Временные, спектральные и поляризационные характеристики жесткого рентгеновского излучения солнечных вспышек, наблюдавшихся в эксперименте СПР-Н на борту орбитальной обсерватории «Коронас-Ф» Известия РАН Сер Физич 2003 Т 67, №10 с 1422-1426

7 Богомолов А В Денисов Ю И, Колесов Г Я Кудрявцев М И , Логачев Ю И , Морозов О.В., Свертилов С И 'Потоки квахзизахваченных электронов с энергиями >0 08 МэВ на дрейфовых оболочках 1_ < 2 на орбитах станции МИР» Препринт НИИЯФ МГУ, 2005-9/775, 19 стр

8 Кудрявцев М И, Логачев Ю И, Морозов О.В, Свертилов С И «Кратковременные возрастания потоков электронов с энергиями >80 кэВ на орбитах станции МИР в низкоширотных К2) областях» Препринт НИИЯФ МГУ, 2005-8/774, 29 стр

oi.ov

Морозов Олег Вячеславович

oleg@coronas ш

7 2

Статистика слабых (< 10" эрг/см ) космических гамма-всплесков на фоне высыпаний магнитосферных электронов по данным эксперимента ГРИФ на орбитальной станции «МИР»

Специальность 01 04 08 — физика плазмы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Издательство УНЦ ДО

117246, Москва, ул Обручева, 55-А, УНЦ ДО т\ф (0Э5) 718-69-66, 718-7767, 718-7-785 (комм ) e-mail izdat@abiturcenter ru http //abiturcenter ru/izdat

Заказное Подписано в печа гь 29 марта 2005 г Формат 60*90/16 Бумага офсетнач № 1 Уел п л 1 Тираж 100 экз Заказ № 786

Отпечатано в Мини-типографии УНЦ ДО http //abiturcenter ru/pnnt в полном соответствии с качеством предоставленного оригинал-макета

сС4

ВВЕДЕНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА I. РАДИАЦИОННЫЕ УСЛОВИЯ В ОКОЛОЗЕМНОМ КОСМИЧЕСКОМ ПРОСТРАНСТВЕ И ХАРАКТЕРИСТИКИ КОСМИЧЕСКИХ ГАММА-ВСПЛЕСКОВ.

§1.1. Основные компоненты радиационного фона в околоземном космическом пространстве.

§1.2. Потоки электронов и их вариации в околоземном космическом пространстве.

§1.3. Морфологические и статистические характеристики космических гаммавсплесков.

§1.4. Основные теоретические модели и проблемы понимания природы космических гамма-всплесков.

ГЛАВА. II. РЕГИСТРИРУЮЩАЯ АППАРАТУРА И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ ГРИФ.

§2.1. Условия измерений в эксперименте ГРИФ и основные параметры приборов.

§2.2. Принцип функционирования и основные характеристики детектора электронов

Фон-1".

§2.3. Принцип функционирования и основные характеристики спектрометра жесткого рентгеновского излучения РХ-2.

§2.4. Математическая модель сцинтилляционного спектрометра РХ-2.

ГЛАВА. III. СТРУКТУРА ДАННЫХ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ ГРИФ И МЕТОДЫ ИХ АНАЛИЗА.

§3.1. Структура телеметрических данных.

§3.2. База данных космического эксперимента ГРИФ.

§3.3. Применение базы данных космического эксперимента ГРИФ для совместного анализа показаний различных приборов.

ГЛАВА IV. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОТОКОВ ЭЛЕКТРОНОВ В ОКОЛОЗЕМНОМ

ПРОСТРАНСТВЕ ПО ДАННЫМ ЭКСПЕРИМЕНТА ГРИФ.

§4.1. Потоки квазизахваченных электронов с энергиями >80 кэВ околоземном пространстве на дрейфовых оболочках L<2.

§4.2 Кратковременные возрастания потоков электронов с энергиями >80 кэВ в низкоширотных (L<2) областях околоземного пространства.

ГЛАВА V. ХАРАКТЕРИСТИКИ КОСМИЧЕСКИХ ГАММА-ВСПЛЕСКОВ ПО ДАННЫМ ЭКСПЕРИМЕНТА ГРИФ.

§5.1. Методика очистки фоновых показаний в рентгеновских каналах прибора

РХ-2 от медленных вариаций.

§5.2. Отбор астрофизических всплесков в эксперименте ГРИФ.

§5.3. Эффективность регистрации гамма-всплесков со всего неба в эксперименте

ГРИФ и оценка частоты регистрации слабых (40" эрг/см ) событий.

§5.4. Статистика мягких гамма- или жестких рентгеновских всплесков как тест космологической модели гамма-всплесков.

Цель работы.

Цель настоящей работы заключалась в исследовании статистических и морфологических характеристик слабых (<10"7 эрг/см2) и относительно мягких (характерная энергия кТ < 50 кэВ) гамма-всплесков на фоне имитаций высыпаниями магнитосферных электронов, а также изучении пространственных и временных характеристик потоков электронов с энергиями >80 кэВ в низкоширотных (L < 2) областях околоземного космического пространства.

Актуальность проблемы.

Несмотря на достигнутые успехи в изучении космических гамма-всплесков, связанные с наблюдениями, так называемого, «послесвечения» (afterglow) в радио, оптическом и рентгеновском диапазонах [1-3] природа источников гамма-всплесков остается до конца не ясной. Основной проблемой, по-видимому, является то, что не прослеживается корреляция более слабых всплесков с более удаленными объектами, что должно было бы иметь место в случае одинаковой светимости в источнике. Разброс светимостей в источнике составляет много порядков — от ~1047 до ~1054 эрг/с. Для объяснения такого разброса светимостей в последнее время активно обсуждается возможность, так называемого, «биминга» (от англ. beam — луч), то есть сильно анизотропного излучения в источнике [4-7]. В этом случае наблюдаемый разброс светимостей естественным образом объясняется тем, что направление гамма-луча в источнике произвольно ориентировано относительно наблюдателя. Следует отметить, что данные об идентификации источников всплесков получены для относительно небольшого числа событий, в то же время именно статистические характеристики дают информацию о популяции источников гамма-всплесков в целом. В частности, распределение всплесков по наблюдаемым интенсивностям отражает в какой-то степени распределение их источников по величине красного смещения z, и, таким образом, с помощью этого распределения может быть прослежена история глобального звездообразования во Вселенной [8-12]. Исходя из распределения по наблюдаемым интенсивностям, в рамках заданного пространственного распределения источников, может быть получена информация о собственной светимости в источнике, и оптимизированы параметры модели, характеризующей распределение гамма-всплесков по собственным светимостям [13-17].

Таким образом, несмотря на успехи, связанные с наблюдениями в оптическом диапазоне, исследование статистических характеристик остается актуальным. В этом плане особый интерес представляет изучение распределений по наблюдаемым потокам S в области малых значений потоков S < 10"7 эрг/см2. Согласно некоторым данным наблюдаемые полные потоки S ~ 10"7 эрг/см2 соответствуют значениям z > 1 и даже z > 3 [8]. Поэтому частота регистрации слабых гамма-всплесков может иметь критическое значение, как в плане космологических моделей их источников, так и моделей первичного звездообразования во Вселенной.

Как известно, наилучшие, на сегодняшний день, данные по статистике гамма-всплесков получены в эксперименте BATSE CGRO в основном для диапазона энергий 0.05-1 МэВ [18]. Однако отмеченное выше значение флюенса S ~ 10"7 эрг/см2 близко к порогу регистрации всплеска в этом эксперименте. Поэтому в свете вышеизложенного представляется необходимым использовать все возможности для получения независимой оценки частоты регистрации слабых гамма-всплесков.

Наряду с распределением по наблюдаемым потокам важную роль в статистике гамма-всплесков играют распределения по длительности и спектральной жесткости (эффективной температуре кТ). Большинство гамма-всплесков, зарегистрированных в эксперименте BATSE CGRO, характеризуются значениями кТ > 50 кэВ [18, 19]. При этом остается открытым вопрос, отражает ли относительно малое количество "мягких" всплесков {кТ < 50 кэВ) истинное распределение гамма-всплесков по величинам кТ или же это результат селекции, связанной с высоким энергетическим порогом в большинстве экспериментов (номинальный энергетический порог BATSE CGRO - 20 кэВ, реальный порог срабатывания триггера - 50 кэВ) [18]. Поэтому представляется весьма актуальным провести поисковые исследования популяции "мягких" космических гамма-всплесков.

Слабые всплески труднее регистрировать одновременно на нескольких космических аппаратах в виду не совпадения энергетических порогов и чувствительности регистрирующей аппаратуры в различных экспериментах. А именно одновременная регистрация всплеска на нескольких аппаратах является основным критерием достоверности события. Поэтому в случае регистрации слабых и относительно мягких гамма-всплесков, особенно в экспериментах на околоземных космических аппаратах, актуальное значение приобретает проблема имитаций всплесков кратковременными высыпаниями магнитосферных электронов через генерацию тормозного излучения. Для решения этой проблемы исключительный интерес представляют данные одновременно работающих детекторов электронов и гамма-квантов.

Изучение пространственного распределения потоков электронов с энергиями в десятки - сотни кэВ на низких высотах и широтах имеет и самостоятельное значение в плане понимания динамики радиационных поясов и механизмов высыпаний. Хотя за более чем 40-летнию историю экспериментального изучения потоков и спектров захваченных частиц радиационных поясов Земли накоплен обширный наблюдательный материал [20-24], до последнего времени не было достаточно полной картины о динамике потоков квазизахваченных частиц. В частности это касается электронов субрелятивистских и релятивистских энергий на малых высотах («под радиационными поясами») в областях, соответствующим малым значениям L (< 1.5). Информация о пространственной структуре потоков электронов с энергиями в десятки- сотни кэВ в областях, соответствующих малым L, особенно в районе геомагнитного экватора (L < 1.2), также не полна и довольно противоречива. Это обусловлено малыми величинами потоков, что требует использования детекторов с достаточно большим геометрическим фактором. Однако большинство проведенных до сих пор экспериментов было ориентировано на изучение очень больших потоков захваченных частиц именно в радиационных поясах, для чего использовались детекторы с малым геометрическим фактором, например, [25,26].

Новизна работы.

Впервые на основе данных космического эксперимента (ГРИФ) на орбитальной станции «Мир», в ходе которого проводились наблюдения космических гамма-всплесков в диапазоне жесткого рентгеновского и гамма-излучения (10-300 кэВ), а также регистрировались заряженных частицы высоких энергий в различных областях околоземного пространства, были определены характеристики потоков электронов и их вариаций, имитирующих гамма-всплески. В результате использования детектора с большим геометрическим фактором (~80 см ср) были детально измерены пространственные распределения потоков электронов с энергиями >80 кэВ на различных дрейфовых оболочках вне зон захваченной радиации. Обнаружены области существования стационарных потоков квазизахваченных электронов в районе дрейфовых оболочек L ~ 1.4, L < 1.2. В низкоширотных (L < 2.0) областях околоземного пространства зарегистрированы обусловленные кратковременными вариациями потоков квазизахваченных и высыпающихся электронов возрастания интенсивности счета электронов с энергиями >0.08 МэВ длительностью менее 1 мин, которые могут имитировать космические гамма-всплески.

Разработаны критерии, позволившие надежно идентифицировать астрофизические рентгеновские и гамма-всплески на фоне имитаций потоками электронов. Зарегистрировано несколько десятков всплесков жесткого рентгеновского и гамма-излучения астрофизической природы на уровне чувствительности -3-Ю"8 эрг/см2 (кТ -25 кэВ) - ~10"7 эрг/см2 (кТ -100 кэВ). Некоторые из всплесков, характеризуемых значениями кТ ~ 10-50 кэВ, идентифицированы со вспыхивающим пульсаром GRO J1744-28. Дана оценка частоты регистрации со всего неба космических гамма-всплесков с полными потоками S ~ 10"7 эрг/см2. Получена оценка частоты регистрации со всего неба «космологических» мягких гамма-всплесков, которая свидетельствует о том, что распределение длительных (> 1 с) гамма-всплесков по характерной энергии кТ и длительности не согласуются со стационарной космологической моделью, в которой не учитывается эволюция источников всплесков. На основе совместного анализа данных экспериментов ГРИФ и BATSE CGRO, сделан вывод о том, что основная доля источников гамма-всплесков относится к эпохе красных смещений 1 < z < 5.

В ходе выполнения работы разработаны новые программные средства и методы обработки данных, в том числе:

1. Разработан алгоритм автоматического выделения всплеска (как для высыпаний электронов, так и для гамма-всплесков) во временных рядах телеметрических данных.

2. Разработан алгоритм идентификации имитаций гамма-всплесков потоками высыпающихся электронов.

3. Разработана многопараметрическая, кроссплатформенная система управления базой данных КОРОНАС.СМ, позволяющая эффективно, через единый интерфейс управлять анализом данных по любому, введенному пользователем алгоритму.

Научная и практическая ценность работы.

Полученная оценка частоты регистрации гамма-всплесков с полными потоками

7 2

S ~ 10" эрг/см позволяет заключить, что распределение гамма-всплесков по наблюдаемым потокам (logN - logS) не противоречит предсказаниям модели с максимумом частоты звездообразования на z = 1.5-2. Сделанный на основе оценки частоты регистрации со всего неба «космологических» мягких гамма-всплесков (кТ < 50 кэВ) вывод о том, что основная доля источников гамма-всплесков относится к эпохе красных смещений 1 < z < 5, позволяет существенно ограничить существующие теоретические модели, касающиеся как собственно источников гамма-всплесков, так и первичного звездообразования.

Наблюдение стабильных в течение длительного времени (более двух лет) потоков субрелятивистских электронов в районе дрейфовых оболочек L ~ 1.4, L < 1.2 на высотах ~400 км свидетельствует о существовании постоянно действующих механизмах подпитки этих оболочек, поскольку среднее время жизни электронов на них меньше дрейфового периода. Одним из таких механизмов может быть кулоновское рассеяние электронов на ядрах атомов остаточной атмосферы в районе ЮжноАтлантической аномалии, которое наряду с взаимодействием «волна-частица» может играть существенную роль в динамике радиационных поясов Земли, в частности, формируя один из каналов утечки частиц радиационных поясов.

Обнаружение вариаций потоков электронов субрелятивистских энергий, приводящих к кратковременным (длительностью менее 1 мин) возрастаниям интенсивности в каналах регистрации электронов, свидетельствует о том, что в магнитосфере Земли могут протекать достаточно быстрые динамические процессы, приводящие к ускорению частиц и их инжекции на определенные дрейфовые оболочки.

Наблюдение интенсивных возрастаний потоков электронов в низкоширотных областях вне «зон высыпаний» - вплоть до геомагнитного экватора (L < 1.1) подтверждает актуальность проблемы имитаций астрофизических всплесков высыпаниями электронов практически во всех областях околоземного пространства.

Разработанные критерии идентификации космических гамма-всплесков на фоне имитаций вариациями потоков магнитосферных электронов могут применяться при анализе данных экспериментов по изучению гамма-всплесков на околоземных космических аппаратах.

Разрабоханное в ходе подготовки диссертации программное обеспечение в части выработки критерия отбора всплеска при анализе временных рядов первичных телеметрических данных использовалась при обработке данных других космических экспериментов, в частности, приборов, установленных на спутнике «Коронас-Ф» и системы радиационного контроля СРК на Международной космической станции. Система управления базой данных КОРОНАС.СМ может быть использована при подключении к системе анализа данных в режиме "on line" баз данных других экспериментов.

На защиту выносятся:

1. Выполненная работа по обработке и анализу данных эксперимента ГРИФ в части измерений потоков электронов с энергиями >80 кэВ, поиску и идентификации космических гамма-всплесков.

2. Многопараметрическая, кроссплатформенная система управления базой данных КОРОНАС.СМ, использовавшаяся для управления данными эксперимента ГРИФ.

3. Результаты расчета и моделирования физических характеристик спектрометра жесткого рентгеновского и гамма-излучения РХ-2 и детектора электронов ФОН-1.

4. Методика анализа данных эксперимента, позволившая идентифицировать космические гамма-всплески на фоне имитаций, обусловленных вариациями потоков магнитосферных электронов.

5. Результаты исследования пространственного распределения потоков электронов с энергиями >80 кэВ на дрейфовых оболочках L < 2 вне зон захваченной радиации на высотах ~400 км.

6. Результаты исследования пространственного распределения возрастаний интенсивности в каналах регистрации электронов, обусловленных кратковременными вариациями потоков квазизахваченных и высыпающихся электронов.

7. Каталог гамма-всплесков, их основные характеристики.

8. Результаты по статистике гамма-всплесков: оценки частоты регистрации со всего неба слабых (S ~ 10~7 эрг/см2), а также относительно мягких {кТ < 50 кэВ) событий и их астрофизическая интерпретация.

Личный вклад автора:

Автор принимал участие в определении физических характеристик приборов "Фон-1" и РХ-2. Он разработал математическую модель спектрометра жесткого рентгеновского и гамма-излучения РХ-2. Автор составил базу данных эксперимента ГРИФ и импортировал ее в разработанную им кроссплатформенную, многопараметрическую систему управления КОРОНАС.СМ. Автор провел анализ современных данных о потоках электронов в околоземном пространстве, а также о статистических и морфологических характеристиках гамма-всплесков. Он разработал методику анализа пространственного распределения потоков электронов с энергиями >80 кэВ, а также идентификации гамма-всплеска на фоне имитаций возрастаниями интенсивности электронов. На основе этой методики автор провел работу по определению свойств потоков электронов и гамма-квантов на орбитах станции «Мир», выделил космические гамма-всплески и дал космофизическую и астрофизическую интерпретацию результатов эксперимента ГРИФ по изучению характеристик потоков электронов с энергиями >80 кэВ в околоземном пространстве и статистике космических гамма-всплесков.

Апробация работы.

Основные материалы диссертации докладывались и обсуждались на международных конференциях по космическим лучам, всероссийской конференции "Астрофизика высоких энергий сегодня и завтра", научной сессии МИФИ, Баксанской молодежной школе экспериментальной и теоретической физики, научной школе «Молодежь и научно-технический прогресс» (г. Саров, ВНИИЭФ), на научных семинарах НИИЯФ МГУ и ежегодной конференции МГУ «Ломоносовские чтения».

Основные результаты диссертации содержатся в 8 печатных работах.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Объем диссертации 142 страницы, включая 56 рисунков, 9 таблиц и список литературы на 8 страницах (166 наименований).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ.

В настоящей работе рассмотрены результаты эксперимента ГРИФ на орбитальной станции «Мир» по исследованию имитаций рентгеновских всплесков высыпающимися электронами посредством тормозного излучения и исследованию космических гамма-всплесков, которые сводятся к следующему:

1. Проведена обработка данных наблюдений космических гамма-всплесков в диапазоне жесткого рентгеновского и гамма-излучения (10-300 кэВ) и измерений потоков электронов с энергиями >80 кэВ в различных областях околоземного пространства.

2. Получены пространственные распределения потоков электронов с энергиями >80 кэВ на различных дрейфовых оболочках вне зон захваченной радиации. Обнаружены области существования стационарных потоков квазизахваченных электронов в районе дрейфовых оболочек L ~ 1.4, L < 1.2.

3. В низкоширотных (Z, < 2.0) областях околоземного пространства зарегистрированы возрастания интенсивности счета электронов с энергиями >0.08 МэВ длительностью менее 1 мин, которые могут имитировать космические гамма-всплески.

4. Разработаны критерии, позволившие надежно идентифицировать астрофизические рентгеновские и гамма-всплески на фоне имитаций потоками электронов. Зарегистрировано несколько десятков всплесков жесткого рентгеновского и гамма-излучения астрофизической природы на уровне чувствительности -3-Ю"8 эрг/см2 {кТ-25 кэВ) - ~10'7 эрг/см2 (£Г~100 кэВ).

5. Дана независимая оценка частоты регистрации со всего неба космических

7 9 гамма-всплесков с полными потоками S ~ 10" эрг/см .

6. На основе совместного анализа данных экспериментов BATSE CGRO и ГРИФ сделан вывод о том, что основная доля источников гамма-всплесков относится к эпохе красных смещений 1 < z < 5.

7. Для эффективного анализа космофизических данных была разработана многопараметрическая, кроссплатформенная система управления содержанием КОРОНАС.СМ, позволяющая по заданному алгоритму выделять события на временном ряду, а также строить зависимости показаний данных одного прибора от показаний другого прибора.

В заключение автор выражает признательность

Свертилову Сергею Игоревичу - за эффективное научное руководство и становление автора как личности.

Логачеву Юрию Ивановичу - за эффективное научное руководство и стимулирующие дискуссии.

Кудрявцеву Михаилу Ивановичу - за научные консультации и полезные советы. Алексееву Сергею Викторовичу член-корр. АБОП - за консультации по проблемам информационной безопасности.

Панасюку Михаилу Игоревичу - за внимательное отношение и оказание помощи в работе.

Сачишину Максиму Валерьевичу - за дружескую поддержку и информационно-техническое обеспечение.

Ракобольской Ирине Вячеславовне - за мудрые советы. Яшину Ивану Васильевичу - за всестороннюю поддержку.

Денисову Юрию Ивановичу - за помощь в техническом обеспечении проведенной работы.

Дайбог Елене Исаевне и

Столповскому Владиславу Григорьевичу за своевременное идейное вдохновение.

Кузнецову Сергею Николаевичу - за квалифицированные консультации. Богомолову Андрею Владимировичу и Богомолову Виталию Владимировичу - за своевременную полезную информацию.

Кафедре космических лучей и физики космоса - за большой вклад в приобретении фундаментальных знаний.

Всем сотрудникам отделов НИИ ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ: ОКИ, ОКФИ, ОНТИ, ОТПКФ и административной структуре - за решение многопрофильных трудностей и уникальный, стимулирующий к работе микроклимат, и Морозовой Людмиле Константиновне - за моральную поддержку.

1. Van Paradijs J., Groot P.J., Galama T. et al. Nature. 1997. V.386, p.686.

2. Costa E., Frontera F., Heise J. et al. Nature. 1997. V.387. p.783.

3. Frail D.A., Kulkarni S.R., Nicastro S.R. et al. Nature. 1997. V.389. p.261.

4. Frail D., et al. Astrophys. J. 2001. V.562. p.55

5. Bloom J.S., Frail D., Kulkarni S., Astrophys. J. 2003. V.594. p. 674

6. Rossi E., Lazzati D., Rees M.J. MNRAS. 2002. V.332. p.945

7. Zhang В., & Meszaros P. Astrophys. J. 2002. V.571. p. 876

8. Wijers R.A.M.J., Bloom J.S., Bagla J.S., Natarajan P. Month. Not. Roy. Astron. Soc. 1998. V.294. L13

9. Weinberg Nevin, Graziani Carlo, Lamb D.Q., Reichart D.E., astro-ph/0210435. 2002

10. Totani T. Astrophys. J. (Lett.). 1997. V.486. L71

11. Krumholz M., Thorsett S.E., Harrison F.A. Astrophys. J. (Lett.), 1998. V.506, L81

12. Mao S., Mo H.J. Astron. Astrophys., 1998. V.339, LI

13. Fenimore E.E., Epstein R.I., et al., Nature. 1993. V.366, p.40.

14. Rutledge R.E., Hui L., Lewin W.H.G. Month. Not. Roy. Astron. Soc., 1995. V.276, p.753

15. Fenimore E.E. & Bloom J.S. Astrophys. J., 1995, V. 453,25

16. Cohen E. & Piran Т., Astrophys. J., 1995, V. 444, L25

17. Hakkila J., et al., Astrophys. J., 1996, V. 462, 125

18. Pasiesas W.S., Meegan C.A., Pendleton G.N., et al., Astrophys. J. Supp. Series 1999, V. 122,465-495

19. Pasiesas W.S., Meegan C.A., Pendleton G.N., et al., Vizie R. On-line Data Catalog: IX 120A. 2001. http://www.batse.msfc.nasa.gov/batse/grb/catalog/4b/

20. Van Allen J. A. State University of Iowa Rept. 60-13. 1960.

21. Вернов C.H., Чудаков A.E., Вакулов П.В., Логачев Ю.И. ДАН СССР. 1959. Т.125. №2. С.304-307.

22. Вернов С.Н. Чудаков А.Е. УФН. 1960. Т.70. Вып.4. С.585-619.

23. Хесс В. «Радиационный пояс и магнитосфера». М.: Атомиздат. 1972. 352 с.

24. Тверской Б.А. «Динамика радиационных поясов Земли». М.: Наука. 1968. 224 с.

25. Vampola A.L., Kuck G.A. Geophys. Res. Lett. 1978. V.83. P.2543.

26. Imhoff W.L., Reagan J.B., Gains E.E. J. Geophys. Res. 1978. V.84. P.4245.

27. Mclllwain C.E. Space Sci. Rev. 1966. V.5. p.585.

28. Paulikas G.A., Freden S.C.J. J. Geophys. Res. 1964. V.69. p.1239.

29. Редерер X. «Динамика радиации, захваченной геомагнитным полем». М.: Мир. 1972.192 с.

30. O'Brien В .J. J. Geophys. Res. 1962. V.67. p.3687.

31. O'Brien B.J., Taylor H. J. Geophys. Res. 1964. V.69. p.45.

32. Тверской Б.A. Rev. Geophys. 1969. V.7. p.219.33. «Физика магнитосферы» (под ред. Д. Вильямса и Дж. Мида). М.: Мир. 1972. 592 с.

33. Лайонс Л., Уильяме Д. «Физика магнитосферы». М.: Мир. 1987. 312 с.

34. Nagata К., Kohno Т., Murakami Н. et al. Planet. Space Sci. 1988. V.36. p.591.

35. Imhoff W.L., Reagan J.B., Gains E.E., Anderson R., J. Geophys. Res. 1983. V.88. p.8103.

36. Imhoff W.L. Geophys. Res. Lett. 1991. V.18. p.397.

37. Blake J.B., Inan U.S., Walt M., Bell T.F., Bortnik J., Chenette D., Christian H.J., Journal Geophys. Res., 2001. V. 106, No.A12, p.29

38. Baker D.N., Blake J.B., Callis L.B. et al., Geophys. Res. Lett. 1994. V.21. p.409.

39. Schultz M., Lanzerotti L.J. "Particle Diffusion in the Radiation Belts". Springer, Berlin, 1974. p.143.

40. Mclllwain C.E. "Measurement of trapped electron intensities made by the Explorer satellite", in "Radiation Trapped in the Earth's Magnetic Field", ed. B.M. McCormac, D. Reidel. Publ. Co, Dordrecht, Holland, 1966, p.575.

41. Galper A.M., Koldashov S.V, Mikhailov V.V., Voronov S.A. Proc. 23 ICRC. 1993 V.3. p.825.

42. Bashkirov V.F., Denisov Yu.I., Gotselyuk Yu.V., et al., Rad. Measur., 1999. V.30, p.537.

43. Grigoryan О., Kubela К., Rothkaehl H., Sheveleva V., Adv. Space Res., 2004 в печати.

44. Гальперин Ю.И., Гладышев В.А., Джорджио Н.В., Ларкина В.И., Могилевский М.М. Космич. Исслед. 1992. Т.20. С.89.

45. Biryukov A.S., Grigoryan O.R., Kuznetsov S.N., et al., Adv. Space Res. 1996. V.17, No 10, p. 189.

46. Grigoryan O.R.,, Sinyakov A.V., Klimov S.I., Adv. Space. Res. 1997. V.20. p.389.

47. Denisov Yu., Gotseluk Yu., Kuznetsov S., Myagkova I., Moscow, Russia. 1997. Abstracts, 1.38

48. Dave Evans, Long-Lived Enhancements of 30 keV Electron Fluxes at Very Low L-values, Satellite Requirements Workshops, NOAA, SEC, Boulder, Co, USA

49. Kennel C.F., Engleman F., Phys. Fluids, 1966. V.9. p.2377.

50. Dungey J.W., Planet. Space Sci., 1963. V.ll. p.591

51. Cornwall J.M., Journal Geophys. Res., 1964. V.69. p. 1251

52. Getselev I., Grigoryan O., Nikitskiy V., Ryabucha S., Tchurilo I., Surface radiation doses on the board of "MIR" orbital station, Workshop "Space radiation environment modelling:

53. V new phenomena and approaches", Moscow, Russia. Abstracts. 1997. V.4. p. 12

54. Vette, J. I., NSSDC WDC-A-R&S. 1991. P.91

55. Klebesadel R.W. et al. Astrophys. J. (Lett.). 1973. V.182, L85

56. Котов Ю.Д., Архангельская И.В., Афонина И.В., Бородина Е.А., Фрактальный анализ временных профилей GRB, Научная сессия МИФИ 2002

57. Fishman G. Et al. Astroph. J. Suppl. Ser. 1994. V.92, p.229

58. Мазец Е.П., Голенецкий C.B., Ильинский B.H. и др. Препринт ФТИ АН СССР №719. 1981. Ленинград.

59. Митрофанов И.Г., Долидзе В.Ш., Бара К., и др, Астрон. Журн. 1984. Т.61, с.939

60. Atteia J.L., Barat К., Chernenko A., et al., Astron. And Astrophys. 1991. V.244, p.363

61. Мазец Е.П., Голенецкий C.B., Ильинский B.H. и др., Astrophys. Space Sci., 1981. V.80, p.3

62. Teegarden B.J. and Cline Y.L. Astrophys. J. (Lett.). 1980. V.236, L67.

63. Kane S.R., Share G.H., Astrophys. J. 1977. V.217. p.549

64. Laros J.G. et al. Astrophys. J. 1984. V.286, p.681.

65. Matz S.M. et al. Astrophys. J. (Lett.). 1985. V.288, L37.

66. Schneid E.J. et al. Astron., Astrophys. (Lett.). 1992. V.255, L13.

67. Band D., et al. Astrophys. J. 19993, V.413, p.281.

68. Band L.D., Norris J.P., Bonnel J.T., astro-ph/0403220 v.2 2004.

69. Голенецкий C.B., Аптекарь P.JI., Гурьянов Ю.А., и др., Письма в Астрон. Журнал 1991, т.17, с. 195.

70. Zhang S.N., Harmon В.А., Fishman G.J., Paciesas W.S. Hard X-ray all-sky imaging with BATSE/CGRO. Experimental Astron. 1995. V.6, pt. №4, p.57.

71. Kommers, J. M., Lewin, W. H. G., Kouveliotou, C., van Paradijs, J., Pendleton, G. N., Meegan, C. A., & Fishman, G. J., Current Non-triggered Supplement to the BATSE Gamma-Ray Burst Catalogs, 1998.

72. Koshut Т., Pasiesas W.S., Kouveliotou C. et al., Astrophys. J. 1996. V.463, p.570.

73. Kouveliotou C., Meegan C.A., Fishman GJ. et al., Astrophys. J. (Lett.). 1993. V.413, L101.

74. Meegan C.A., Fishman G.J., Wilson R.B. et al., Nature, 1992. V.355, p. 143.

75. Kommers J.M., Lewin W.H.G., Kouvelioyou C. et al. Astrophys. J. 2000. V.533, p.696.

76. Madau P., Delia Valle M., Panagia N. Month. Not. Roy. Astron. Soc. 1998. V.297, L17.

77. Hughes D.H., et al, Nature, 1998. V.394, p.241

78. Mitrofanov I.G., et al. Astrophys. J., 1996. V.459, p.570

79. Mitrofanov I.G., Adv. Space Res. 1998. V.22, no.7, p. 1077.

80. Boella G. et al. Astron.Astrophys. Suppl. 1997. V.122, p.299

81. Feroci M., FronteraF., Costa E. etal. SPIE, 1997. V.31M, p,186F.

82. Metzger M., Djorgovski S.G., Kulkarni S.R. et al. Nature, 1997. V.387, p.879

83. Kulkarni S.R., Djorgovski S.G., Frail D.A. et al. Nature, 1998. V.393, p.35

84. Djorgovski S.G., Kulkarni S.R., Bloom J.S. et al. Astrophys. J. (Lett.), 1998. V.508, L17

85. Bloom J.S., et al. Astro-ph/9807315

86. Galama T.J., Briggs M.S., Wijers R.A.M.J. Astro-ph/9903021

87. Meszaros P. and Rees M. Astrophys. J. 1993. V.405, p.278.

88. Piran T. Gamma-Ray Bursts. AIP: New York. 1994. №307, p.495

89. Narayan R., et al. Astrophys. J., 1992. V.395, L83

90. Meszaros P. and Rees M. AIP: New York. 1994. №307, p.505

91. Piran Т., et al. AIP, New York., 192 №.265, p. 149

92. Eichler D., Livio M., Piran Т., Schramm D.N., Nature. 1989. V.340, p.126

93. Janka H.-T., Eberl Т., Ruffert M., Fryer C.L., Astrophys. J. (Lett.). 1997. V.527. L39

94. Narayan R., et al. Astrophys. J. 1991. V.379, L17

95. Paczynski B. Astro-ph/9706232

96. MacFadyen A.I., Woosley S.E., Heger A., Astrophys. J. 2001. V.550, p.410

97. Salmonson J., Astrophys. J. 2001. V.546, p.29

98. Norris, J.P. Astrophys. J. 2002. V.579, p.386

99. Norris J.P., Gamma-Ray Bursts and Cosmology, astro-ph/0312277

100. Gotz D., Mereghetti S., Beck M., Borowski J., Mowlavi N. GRB 031203: a long GRB detected with INTEGRAL. GRB Circular network 2459, 2003

101. Prochaska J.X., Bloom J.S., Chen H., Hurley K.C., Melbourne J., et al. The host galaxy of GRB 031203: implications of its low metallicity, low redshift, and starburst nature. Astrophys. J. 2004

102. Sazonov S.Yu., Lutovinov A.A., Sunyaev R.A., asrto-ph/0408095,2004

103. Hjorth J., Sollerman J., et al., Nature. 2003. №423 p. 847

104. Marshall, F.E. and Swank, J.H., NASA/GSFC report, GCN notice #1996,2003

105. Tiengo A., Mereghetti S., et al., astro-ph/0305564

106. Totani T. Astrophys. J. (Lett.). 1997. V.486, L71

107. Blain A.W., Natarajan P., Month. Not. Roy. Astron. Soc. 2000. V.312, L35

108. Barkana R., Loeb A., Phys. Rep. 2001. V.349, p.125

109. Mallozzi R.S., Paciesas W.S., Pendleton G.N. et al., Astrophys. J. 1995. V.454, p.597

110. Липунов B.M., Постнов K.A., Прохоров M.E. и др. Astrophys. J. 1995. V.454, p.593

111. Madau P. Astrophysical Journal, Part 1 (ISSN 0004-637X) 1995. V.441, no.l, p.18

112. Bromm V., Loeb A., Astrophys. J. 2002. V.575, p.lll.

113. Donaghy Т., Lamb D.Q., Reichart D.E., Graziani C., astro-ph/0210436, 2002

114. Gnedin N.Yu. & Ostriker J.P., Astrophys. J. 1997. V.486, p.581

115. Valageas P., & Silk J., Astron. Astrophys. 1999. V.347, p.l

116. Ramirez-Ruiz, E. & Fenimore, E.E. 2000. Astro-ph/0004176

117. Mitrofanov I.G., Anfimov D.S., Litvak M.L., Sanin A.B. et al., The Astrophysical Journal. 1999. V.522. p. 1069

118. Mitrofanov I.G., Litvak M.L. et al., Astrophys. J. 2001. V.547, p.334

119. Mitrofanov I.G., Sanin A.B. et al., Astrophys. J. 2003 V.584, p.904

120. Djorgovski S.G., Castro S., Stern D., Mahabal A.A., Astrophys. J. 2001. V.560, L5

121. Piro L. et al. 2002. Astro-ph/0201282

122. Schneider R., Ferrara A., Natarajan P., Omukai K., 2001 Astrophys. J., astro-ph/0111341

123. Heise J., Kippen J., Woods P., In gamma-ray bursts in the afterglow era. 16-21 (Springer, 2001)

124. Barraud C., Olive J.F., Lestrade J.P. et al., Astr. Astrophys. 2003. V.400, p.1021

125. Fynbo J.P.U., Sollerman J., Hjorth J., et al., Astrophys.J. 2004. V.609, p.962

126. Yamazaki R., Yonetoku D., Nakamura Т., Astrophys. J. 2003. V.594, L79

127. Kouveliotou C., Dieters S., Strohmayer T. et al., Nature. 1998. V.392, p.235Y

128. Kouveliotou C., Strohmayer Т., Hurley K. et al., Astrophys. J. (Lett.) 1999. V.510, LI 15

129. Hurley K., Li P., Kouveliotou C. et al., Astrophys. J. (Lett.). 1999. V.510, LI 11

130. Kouveliotou C., Fishman G.J., Meegan C.A. et al., Monthly Nature. 1994. V.2, p.72

131. Duncan R.C., Thomson C., Astrophys. J., 1992, V.9. p.392

132. Vasisht G., Gotthelf F.V., Astrophys. J. (Lett.). 1997. V.486, p.129

133. Paczynski В., Astrophys. J. (Lett.). 1986. V.308, p.43

134. Norxis J.P., Nemiroff R.J., Scargle J.D. et al., Astrophys. J. 1994. V.424, p.540

135. Козырев A.C., Митрофанов И.Г., Санин А.Б., Бара К.Ж., Препринт ИКИ РАН. Пр-2092. 2003 28с.

136. Кудрявцев М.И., Панков В.М., Богомолов А.В. и др. Ргос. 24 ICRC. 1995. V.3, р.567.

137. Кудрявцев М.И., Панков В.М., Богомолов А.В. и др. Изв. ВУЗов, Сер. Радиофиз. 1996. т.39, с.1539.

138. Богомолов А.В., Логачев Ю.И., Кудрявцев М.И. и др. Изв. РАН, Сер. Физ. 1997.т.61, c.l 130.

139. Свертилов С.И. «Наблюдение космических гамма-всплесков и периодических рентгеновских источников в эксперименте на ИСЗ «Прогноз-9». Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук. Москва. 1993.

140. Горн Л.С., Хазанов Б.И. «Спектрометрия ионизирующих излучений на космических аппаратах». Москва: Атомиздат. 1979.

141. Горшков Г.В. «Проникающие излучения радиоактивных источников». Москва: Наука. 1967.

142. Медведев М.Н. «Сцинтилляционные детекторы». Москва: Атомиздат. 1977.

143. Цирлин Ю.А., Глобус М.Е., Сысоева Е.П. «Оптимизация детектирования гамма-излучения сцинтилляционными кристаллами». Москва: Энергоатомиздат. 1991.

144. Богомолов А.В., Денисов Ю.И., Логачев Ю.И. и др., Известия РАН. Сер. Физич. 2003. Т.67, №10, с. 1422

145. Богомолов А.В., В.В.Богомолов, Ю.И.Денисов и др. Космич. Исслед. 2000, том. 38 №4, с. 377.

146. Богомолов А.В., Денисов Ю.И, Колесов Г.Я. и др. Космич. исслед. 2005. Т.43, с.322.

147. Hashimoto Т. (Web Des., World Data Center for Geomagnetism, Kyoto). http://swdcwww.kugi.kyoto-u.ac.jp/index.html

148. Fairfield D.H., Tsyganenko N.A., Usmanov A.V., Malkov M.V. J. Geophys. Res. 1994. V.99, p .11319.

149. Вернов C.H., Чудаков A.E., Вакулов П.В. и др. Изв.РАН. Сер.физ. 1964. Т.28, с.2058.

150. Кудрявцев М.И., Логачев Ю.И., Морозов О.В., и др. Космич. исслед. 2005. Т.43.

151. Кудрявцев М.И., Свертилов С.И., Морозов О.В. Письма в Астрон. журнал. 2002. Т.28, с.331.

152. Кудрявцев М.И., Свертилов С.И., Морозов О.В. Письма в Астрон. журнал. 2003. Т.29, №5, с.323.

153. Coffey Н.Е., http//www.ndgc.noaa.gov/stp/SOLAR/getdata.html 2001

154. Кудрявцев М.И., Свертилов С.И. Письма в Астрон. журн. 1988. Т. 14, с.216.

155. Морозов О.В., Кудрявцев М.И., Свертилов С.И., Богомолов В.В. Тезисыдокладов Всеросс. конф. "Астрофизика высоких энергий сегодня и завтра" (НЕА-2001), Москва, 24-26 декабря 2001 г. М: ИКИ РАН. 2001. С.20.

156. Kommers J.M., Lewin W.H.G., Kouvelioyou С. et al., Astrophys. J. Suppl. 2001. V.134, p.385

157. Голенецкий C.B., частное сообщение 2002

158. Kouveliotou С., Van Paradijs J., Fishman G.J. et al., Nature. 1996. V.379, p.799

159. Briggs M.S., частное сообщение 2002.

160. Aptekar R.L., Butterworth P.S., Cline T.L, et al., Astrophys. J. 1998. V.493, p.404

161. Woods P.M., Kouveliotou C., Van Paradijs J. et al., Astrophys. J. 1999. V.517, p.431

162. Кудрявцев М.И., Богомолов A.B., Богомолов B.B., Морозов О.В., Свертилов С.И. Научная сессия МИФИ-99. Сборник научных трудов. Москва: 1999. Т. 4, с.20

163. Зельдович Я.Б., Новиков И.Д., "Строение и эволюция Вселенной", М.: Наука 1975

164. Морозов О.В. Труды четвертой Баксанской молодежной школы экспериментальной и теоретической физики-2003. Под редакцией А.А. Петрухина, М.Х. Хоконова. Нальчик: КБГУ. 2004. С.21.

165. Rowan-Robinson М., Astrophys. Space Sci. 1999. V.266, р.291.