1. Открытие и исследование "холодных фронтов" в межгалактической среде ряда скоплений галактик.
Проанализированы наблюдения ряда близких скоплений галактик спутником "Чандра". Рентгеновские изображения этих объектов, полученные ранее, содержат структуры, напоминающие ударные волны в межгалактической среде, возникающие в процессе слияние двух скоплений в одно. Однако, данные, полученные спутником "Чандра" ясно указывают на совершенно новое явление --- облака сравнительно холодного газа с резкой границей, летящие с почти звуковой скоростью через горячую межгалактическую среду.
Исследована механическая устойчивость холодных фронтов. Показано, что из-за неустойчивости тангенциального разрыва граница фронта должна была бы быстро размываться, чего не наблюдается. Предложено, что неустойчивость подавляется поверхностным натяжением магнитного поля, вытянутуго вдоль фронта. Это дает возможность нового метода измерения напряженности магнитного поля в межгалактической среде по его механическому воздействию. Полученные значения составляют 7-14 мкГс.
[А. Вихлинин: Astrophysical Journal, 2001, 551, 160; Astrophysical Journal (Letters), 2001, 549, L47 alexey@hea.iki.rssi.ru]
2. Вклад резонансного рассеяния в диффузный рентгеновский фон.
По современным моделям формирования крупномасштабной структуры Вселенной более половины всех барионов при z=0 сосредоточены в филаментах и "блинах" с температурой от 100 тысяч до 10 миллионов градусов и с плотностью лишь в 10-100 раз превышающую среднюю плотность барионов. Проведенный анализ показал, что в условиях таких низких плотностей резонансное рассеяние рентгеновского фонового излучения в линиях тяжелых элементов (в частности, кислорода) доминирует над тепловым излучением газа. Учет этого эффекта значительно повышает шансы экспериментального детектирования филаментов рентгеновскими телескопами.
(Churazov, E., Haehnelt, M., Kotov, O., & Sunyaev, R., 2001, Resonant scattering of X-rays by the warm intergalactic medium, MNRAS, 323, 100, chur@hea.iki.rssi.ru)
3. Исследование энергетического баланса газа в центральных областях скоплений галактик.
Время остывания горячего раза (за счет излучения) в центральных областях скоплений галактик значительно короче времени существования скоплений и, без дополнительно источника энергии, температура газа должна падать вплоть до очень низких значений. Однако, последние наблюдения обсерваторий Chandra и XMM продемонстрировали, что температура газа не опускается ниже 10 миллионов градусов. Нами исследован вопрос о влиянии механической энергии, производимой сверхмассивной черной дырой в центральной доминирующей галактики, на процесс остывания газа. Предложено квазистационарная модель, в которой потери газа на излучения компенсируются диссипацией механической энергии. Обсуждаются наблюдательные проявления такой модели.
(Churazov, E., Bruggen, M., Kaiser, C. R., Bohringer, H., & Forman, W., 2001, Evolution of Buoyant Bubbles in M87, ApJ, 554, 273. Bohringer, H., Matsushita, K., Churazov, E., Ikebe, Y, Chen, Y., The New Emerging Model for the Structure of Cooling Cores in Clusters of Galaxies, A&A, accepted chur@hea.iki.rssi.ru)
4. Десятилетний пик рентгеновского потока барстера 4U~1724-307 в шаровом скоплении Терзан 2
Был проведен анализ наблюдений барстера 4U 1724-307 (1E~1724-3045) в шаровом скоплении Терзан 2 с 1971 по 2001 гг. обсерваториями Uhuru, OSO-8, Einstein, EXOSAT, телескопом ТТМ обсерватории МИР/КВАНТ и приборами ASM и PCA обсерватории RXTE. Кривая блеска барстера 4U 1724-307, полученная по этим данным, показывает, что источник был переменен на масштабе 30 лет: на протяжении первых 20 лет наблюдений (1970-80-е годы) поток от источника был приблизительно на одном уровне, однако в 1990-х годах поток от источника рос в течении ~5 лет, и приблизительно такое же время падал, приближаясь к своему первоначальному значению. В качестве объяснения поведения кривой блеска были предложены такие сценарии, как, эволюция темпа истечения вещества с поверхности звезды-донора, эпизодическое появление второго источника в шаровом скоплении и гравитационое микролинзирование. Также, в качестве одного из сценариев, описывается возможность влияния пролета третьей звезды на темп аккреции в системе 4U 1724-307. Показано, что если именно это событие ответственно за 10-летнее повышение светимости барстера 4U 1724-307, то можно сделать оценку размера и периода двойной системы 4U 1724-307 (~5e10 см).
"Десятилетний пик рентгеновского потока барстера 4U~1724-307 в шаровом скоплении Терзан 2: эволюция звезды-донора или влияние третьей звезды?"
А.Н. Емельянов, М.Г. Ревнивцев, В.А. Арефьев, Р.А.Сюняев.(Письма в Астрономический журнал, 2002, т.28, вып.1, стр.1-8., artem@hea.iki.rssi.ru)
5. Дефицит рентгеновских всплесков I-го рода от двойных систем с малым темпом аккреции.
Был проведен анализ наблюдений области Центра Галактики телескопом ТТМ обсерватории ``Мир-Квант'' с 1987 по 1998 гг. Благодаря широкому полю зрения (~15x15 градусов) в апертуру телескопа одновременно попадает значительная часть массы Галактики и, следовательно, большое число рентгеновских источников. В ходе наблюдений было зарегистировано 47 рентгеновских всплесков, из которых 33 всплеска скорее всего являются всплесками I-го рода, связанными с нестабильным горением гелия на поверхности нейтронных звезд. Все зарегистрированные всплески I-го рода идентифицированы с известными рентгеновскими источниками, причем светимость этих источников до и после всплеска, измеряемая телескопом ТТМ, была достаточно велика. Ни одного всплеска не было зарегистрировано от "пустых" мест, т.е. от источников, светимость которых в спокойном состоянии не превышает порог детектирования телескопа. Этот результат позволил получить ограничения на сочетание числа двойных источников с малым темпом аккреции и свойств рентгеновских всплесков от таких источников, в частности, максимальной светимости во время всплесков и частоты их возникновения. Один из всплесков зафиксирован от источника А1744-361. Судя по опубликованным данным это первый случай регистрации всплеска от А1744-361, позволяющий уверенно говорить о наличии аккрецирующей нейтронной звезды в этом источнике. (А.Н. Емельянов, В.А. Арефьев, Е.М. Чуразов, М.Р. Гильфанов, Р.А. Сюняев. "Дефицит рентгеновских всплесков I-го рода от двойных систем с малым темпом аккреции. Данные телескопа ТТМ/COMIS обсерватории ``Мир-Квант''."
(Письма в Астрономический журнал, 2001, т.27, вып.12, стр. 908-918. artem@hea.iki.rssi.ru)
6. Особенность временной переменности рентгеновского излучения кандидатов в черные дыры - задержка по времени (в среднем) между излучением на высоких энергиях относительно излучения низких энергий.
Эта тема приобрела особую актуальность в связи с точными измерениями временных характеристик таких источников, как Лебедь X-1, спутником RXTE. Интерпретация временной задержки жесткого излучения остается нерешенной задачей, которая вызывает большой интерес теоретиков. Сначала рассматривается популярная гипотеза о том, что за задержку ответственно явление отражения излучения короны от холодного аккреционного диска. Был рассчитан энергетический спектр задержки для модели отражения, и показанно, что он не согласуется с экспериментальными данными. Затем в работе развивается феноменологическая модель возникновения задержки, в которой за нее ответственна диффузия возмущений диска по направлению к центральному объекту. Показано, что подстройкой нескольких параметров, таких как коэффициент диффузии и изменение жесткости спектра с радиусом, можно добиться замечательного согласия предсказаний теории с наблюдательными проявлениями временной задержки.
(Kotov, O.; Churazov, E.; Gilfanov, M. On the X-ray time-lags in the black hole candidates, 2001MNRAS.327..799 kotov@hea.iki.rssi.ru)
7. Эффект сдвига по фазе рассеянного излучения в аккреционном диске нейтронных звезд.
Рассеяние во внутреннем аккреционном диске рентгеновского излучения, формируемого вблизи поверхности вращающейся нейтронной звезды в маломассивной двойной системе, должно оказывать влияние на фазовые профили милисекундных осцилляций потока рентгеновского излучения во время всплесков первого типа, а также в милисекундном пульсаре SAX J1808.4--3658. Основным признаком рассеяния в тонком диске оказывается сдвиг по фазе на четверть периода (вперед или назад в зависимости от того, вращается ли звезда в том же направлении, что и диск или нет) импульса рассеянного излучения относительно излучения, приходящего напрямую от звезды. Эффект является проявлением доплер-эффекта в умеренно релятивистском кеплеровском потоке. Он позволит определять присутствие стандартного диска вблизи нейтронных звезд в двойных системах в будущих экспериментах - последователях обсерватории RXTE
(Astronomy and Astrophysics 2001, v.373, p.241 . Sazonov, Sunyaev, ss@hea.iki.rssi.ru)
8. В течении 2001 года было открыто для исследования большое количество данных наблюдений обсерватории CHANDRA. Нами был проанализорован ряд наблюдений галактических шаровых скоплений (Терзан2, Терзан 1, Терзан 6, NGC6440, NGC6441, MGC1851) а также область рентгеновского барстера KS17310260. По результатам анализа положений в Письмах в Астрономический Журнал были подготовлены 2 статьи (Ревнивцев, Сюняев 2002; Ревнивцев, Трудолюбов, Бороздин 2002). Анализ архивных данных монитора всего неба ASM обсерватории RXTE позволил показать наличие когеррентной периодичности (период 38 дней) рентгеновского потока барстера KS1731-260. С использованием данных об инфракрасной светимости объекта было показано, что обнаруженная периодичность не может быть связана с орбитальным движением двойной сыстемы и был поставлен верхний предел на значение ее периода (статья Revnivtsev, Sunyaev 2001, A&A Letters).
Для анализа сканирующих наблюдений обсерватории RXTE был разработан пакет программ, позволяющих строить изображения области сканирования с приемлемым угловым разрешением (5-10 мин). Появилась возможность, используя большой набор наблюдений этой обсерватории, сканирующих область Галактического Центра, следить за переменностью рентгеновских источников на больших временных масштабах (порядка года) с беспрецедентной чувствительностью 1 мКраб. С использованием описанного программного обеспечения были получены верхние пределы на рентгеновскую светимость близкой одиночной черной дыры OGLE-1999-BUL-32, обнаруженной по эффекту гравитационного микролинзирования. По результатам анализа опубликована статья Ревнивцев, Сюняев 2002, ПАЖ.
Одним из наиболее интересных результатов, полученным в 2001 г., представляется описание природы всплеска источника V4641 Sgr в сентябре 1999 г. Анализ всех доступных нам данных (рентгеновских и оптических) показал, что впервые в истории наблюдений галактических двойных систем мы непосредственно наблюдали изменение темпа аккреции источника от до-Эддингторовского значения до значительно сверх-Эддингтоновского. Было показано, что в пике всплеска вокруг черной дыры образовалась протяженная плотная оболочка, которая поглощала значительную часть рентгеновского излучения, сгенерированного вблизи черной дыры. Наличие этой оболочки и ее эволюция в ходе всплеска позволили объяснить весь ряд необычных рентгеновских и оптических свойств источника, обнаруженных нами в ходе исследования. По своим пекулярным рентгеновским свойствам источник V4641 Sgr может сравниться лишь с широкоизвестными источниками SS433 и GRS1915+105. К сожалению период активного состояния источника закончился в сентябре 1999 г. и следующего появления его на рентгеновском небе следует ожидать приблизительно через 22 года.
(Ревнивцев и др. mikej@hea.iki.rssi.ru)
9. Измерение прямым методом содержания и изотопного состава нейтрального гелия межзвездного происхождения (тема НЕЙТРАЛ-Э)
Впервые прямым методом получена оценка концентрации 4He в локальной межзвездной среде - примерно 7.5х10-3 см-3. Это значение с точностью до коэффициента 1.5-2 соответствует оценкам других (более косвенных) экспериментов.
Дальнейшим шагом проведенного анализа было определение относительного содержания изотопа 3Не в межзвездном газе. Впервые прямым методом была получена оценка изотопного отношения 3Не/4Не = [1.7+0.5/-0.4]х10-4. Это отношение было сопоставлено как с оценкой для Солнца (по данным о солнечном ветре), так и с аналогичными оценками для протосолнечного вещества (метеориты и атмосфера Юпитера).
Наиболее важным результатом является очень хорошее совпадение полученной оценки отношения
3Не/4Не для локальной межзвёздной среды в настоящее время с оценками для протосолнечного вещества. Отсюда следует важный для астрофизики вывод, что за последние примерно 4.6 миллиарда лет (т.е. со времени образования Солнечной системы) в локальной межзвездной среде не произошло значительного увеличения содержания 3Не. Следовательно, процессы образования этого изотопа из дейтерия в ядрах всех звезд и процессы горения гелия в недрах звезд малой массы примерно компенсируют друг друга.
(Научный руководитель - д.ф.-м.н. Г.Н. Застенкер, 333-13-88, gzastenk@iki.rssi.ru, исполнители - группа Ю.Н. Агафонова и Н.А. Эйсмонт;
(Г.Н. Застенкер, Э. Салерно, Ф.Бюлер, П. Бокслер, М. Басси, Ю.А. Агафонов, Н.А. Эйсмонт, В.В. Храпченков, Г. Буземанн, Изотопный состав и обилие межзвездного нейтрального гелия по данным прямых измерений, Астрофизика (в печати) 2001.)
10. Исследование задачи о магниторотационном взрыве для различных конфигураций начального магнитного поля.
Показано, что использование в качестве начальной конфигурации магнитного поля дипольного типа приводит к формированию взрывного выброса вещества оболочки звезды в виде джета. Полученный нами результат качественно улучшает результат, полученный ЛеБланком и Вильсоном, поскольку применение специально разработанного численного метода позволило существенно увеличить точность расчетов.
(к.ф-м.н. С.Г.Моисеенко, 333-45-88, moiseenko@mx.iki.rssi.ru, д.ф-м.н. Г.С. Бисноватый-Коган, 333-45-88, gkogan@mx.iki.rssi.ru;
N.V.Ardeljan, G.S.Bisnovatyi-Kogan, S.G.Moiseenko, Magnetorotational explosion. Results of 2D simulations. Proc. of XX Texas Symposium of Relativistic astrophysics. Austin 2001(in press).)
11. Задача о демпфировании звездных осцилляций при наличии Урка оболочек исследована аналитически в приближении плоской геометрии.
Рассмотрены осцилляции малой амплитуды. Показано, что в присутствии Урка оболочек потери энергии происходят благодаря нейтрино и увеличение энтропии происходящее из-за неравновесных бетта-процессов существенно меньше, чем скорость потери энергии из-за возбуждения коротковолновых акустических волн. Диссипация энергии связанная с этим механизмом является основным источником нагрева вещества. Рассмотрено конвективное движение при наличии Урка оболочек, выведены уравнения обобщающие теорию длины перемешивания в конвекции.
(д.ф-м.н. Г. С. Бисноватый-Коган, 333-45-88, gkogan@mx.iki.rssi.ru;
G.S.Bisnovatyi-Kogan, Stellar oscillations and stellar convection in the presence of an Urca Shell, Mon. Not. R. Astron. Soc. 321, 315-326, 2001.)
12. Проведено численное двумерное осесимметричное МГД моделирование прохождения изолированной старой нейтронной звезды с магнитным полем через межзвездную среду.
Результаты моделирования показали, что магнитосфера звезды препятствует потоку, образуется ударная волна. Силовые линии магнитного поля вытягиваются, образуя протяженный хвост магнитосферы.
Рассматривалось 2 случая:
1) аккреционный радиус Racc сравним с Альфвеновским радиусом RA, при этом важна
гравитационная фокусировка; некоторая часть вещества накапливается вокруг звезды, но темп аккреции на звезду много меньше, чем в случае отсутствия магнитного поля.
2) Racc << RA, при этом магнитное поле звезды напрямую взаимодействует с межзвездной средой без гравитационной фокусировки. Вещество не накапливается вокруг звезды. Плотность вещества в хвосте магнитосферы очень низкая и доминирует магнитная энергия.
В хвосте наблюдается пересоединение силовых магнитных линий,что может привести к ускорению частиц. Оценки энергии, высвобождающейся в ударной волне и хвосте магнитосферы дают примерно одинаковые значения (~ 1021 эрг/с для типичных параметров и ~ 1024 эрг/с для магнетаров), которые, однако, лежат ниже порога наблюдений.
Результаты моделирования можно применить к другим типам звезд с магитным полем, например, к белым карликам и Ap-звездам.
(Торопина О.Д., 333-45-88, toropina@iki.rssi.ru;
O. D. Toropina, M. M. Romanova, Yu. M. Toropin, and R. V. E. Lovelace, Propagation of Magnetized Neutron Stars through the Interstellar Medium, Ap. J., 561, 964, 2001.)
13. Исследована динамическая эволюция системы состоящей из двух тонких сферически симметричных гравитирующих оболочек, обращающихся в поле центрального тела. Найдена максимальная скорость вылета одной из оболочек в результате баллистического взаимодействия.
Образование квазисферических выбросов, которые возможно наблюдаются в широких абсорбционных линиях, может оказаться продуктом выброса оболочек из окрестности СЧД, окруженной плотным массивным звездным скоплением, основанном на баллистическом взаимодействии гравитирующих оболочек. Результатом нашей работы стали условия, при которых одна из оболочек приобретает максимально возможную скорость при вылете на бесконечность. Получены скорости вылета оболочки. Также было обнаружено, что при превышении оболочками некоторого предела по массе (несколько процентов от массы центрального тела) движение оболочек становится хаотическим.
(М.В. Барков, аспирант, 333-45-88, barmv@sai.msu.ru; д.ф-м.н. Г.С. Бисноватый-Коган, 333-45-88, gkogan@mx.iki.rssi.ru;
Отправлено в июле 2001 в ApJ.)
14. Исследовалась проблема аккреции замагниченной плазмы на черную дыру при учете адвекции.
Важнейшая роль магнитного поля состоит в том, что за счет прогрева электронов при аннигиляции поля невозможно сильное ослабление эффективности аккреции, весьма популярное в настоящее время, несмотря даже на многие наблюдательные противоречия.
(д.ф-м.н. Г.С. Бисноватый-Коган, 333-45-88, gkogan@mx.iki.rssi.ru;
G.S.Bisnovatyi-Kogan, R.V.E.Lovelace, Advection accretion discs and related problems including magnetic fields, New astronomy review, v.45, iss 11-12, p.663-742, 2001.)
15. Исследования сверхтонкой структуры ядер квазаров.
Завершены исследования сверхтонкой структуры квазара 1803+784. Наблюдения проводились на волне 18 см на глобальной радиоинтерферометрической сети, включавшей 20 радиотелескопов, в том числе 4 отечественных антенн. Достигнуто предельное угловое разрешение, равное 0.5 мсек.дуги. В структуре выделены инжектор релятивистской плазмы и джет. Яркостная температура потока плазмы близка комптоновскому пределу - 1012 К. Установлено поглощение радиоизлучения потока плазмы окружающей ионизованной средой, в области ядра поглощение превышает 25 дБ. Определена зависимость изменения оптической толщи, плотности электронов и толщины стенки кокона с удалением от инжектора. Установлена связь структуры джета и спиральной траектории движения компактных сгустков плазмы. Эти особенности соответствуют данным по квазару 3С 345, исследованного нами ранее. Определена причина низкочастотной переменности - изменение прозрачности стенки кокона [1]. Рассмотрена возможность независимого измерения параметров ионизованной среды по рекомбинационным радио линиям поглощения и уточнения красного смещения объекта.
Матвеенко Л.И. зав.лаб. , докт.физ-мат наук, 333-23-89, lmatveen@mx.iki.rssi.ru
16. Исследования области звездообразования в Орионе КЛ
Получены изображения активных областей в Орионе КЛ в линиях водяного пара. Установлено, что зарождение звезд носит коллективный характер. Обнаружена биполярная структура, дополняющая видимый ранее аккреционный диск. Показано, что процессу звездообразования сопутствует аккреционный диск и биполярный поток частиц. Достигнуто предельное угловое разрешение, равное 0.1 мсек.дуги, что соответствует размеру 0.05 а.е. Это позволило получить сверхтонкую структуру. Было установлено, что аккрецинный диск находится на стадии разделения на протопланетные кольца. Выделен инжектор частиц в биполярном потоке, определены его размеры - 0.05 а.е. и яркостная температура Тb = 1017К.
Показано, что взаимодействие потока частиц с окружающей средой молекулярного облака ОМС-1 приводит к мазерному излучению, при этом сама среда усиливает яркость структур более чем на два порядка.
Матвеенко Л.И. зав.лаб. , докт.физ-мат наук, 333-23-89, lmatveen@mx.iki.rssi.ru
17. Исследована динамика нелинейных дрейфово-альфвеновских волн в неоднородной и релятивистски горячей электронно-позитронной плазме, содержащей малую примесь тяжелых ионов (протонов). Показана возможность существования в такой плазме квазистационарной нелинейной вихревой структуры в виде уединенных двумасштабных дипольных вихрей. Присутствие тяжелых ионов в такой плазме служит причиной существенной модификации вихревой структуры из слаболокализованных (локализованных по степенному закону) в пространстве вихрей - в сильнолокализованные вихри. Исследованы условия существования такой структуры, её характерные масштабы и скорость распространения. Используя полученные результаты а также результаты наблюдений, показано на примере одного из наиболее изученных пульсаров PSR 0905+08, что одна из характерных особенностей в радиоизлучении пульсаров - наблюдаемая мелкомасштабная микроимпульсная структура радиоизлучения может быть интерпретирована как свидетельство о формировании вихрей при распространении радиоизлучения из плотных приполярных областей в магнитосфере пульсара наружу.
(Pokhotelov O.A., Onishchenko O.G., Pavlenko V. P., Stenflo L., Shukla P.K., Bogdanov A.V., and Kamenets F.F. Nonlinear drift-Alfven waves in relativistically hot multicomponent plasmas and their relevance to the fine structure of pulsar radioemission, Astrophysics and Space Science, v. 277, N 4, 497 - 505, 2001.)
Д.ф.-м.н. Онищенко. О.Г. 333-15-67, pokh@uipe-ras.scgis.ru
18. Теоретические и экспериментальные исследования космических источников гамма-излучения на основе обработки и анализа наблюдательных данных эксперимента BATSE (далее - БАТСЕ) на борту обсерватории NASA "Комптон". В 2001 году было выполнено статистическое исследование гамма-всплесков БАТСЕ для оценки наиболее вероятного красного смещения вспыхивающих источников излучения. Полученные оценки минимальных и максимальных значений красного смещения 3-8 накладывают существенные ограничения на космологические модели гамма-всплесков.
(Научный руководитель д.ф.-м.н. Митрофанов И.Г. 333-34-89 imitrofa@space.ru)
19. Была введена новая наблюдательная характеристика гамма-всплесков - эмиссионное время. В 2001 году были выполнены расчеты этого параметра для всей совокупности гамма-всплесков эксперимента БАТСЕ, которые позволили обнаружить новые физические свойства источников излучения.
(Научный руководитель д.ф.-м.н. Митрофанов И.Г. 333-34-89 imitrofa@space.ru)
20. Начало космического эксперимента ХЭНД на аппарате НАСА "2001 Марс Одиссей" позволило принять участие в реализации международной программы локализации источников космических гамма-всплесков на межпланетных аппаратах. Было обнаружено и локализовано 25 новых гамма-всплесков, что дало возможность организовать наземные наблюдения источников с целью поиска послесвечения всплесков.
(Научный руководитель д.ф.-м.н. Митрофанов И.Г. 333-34-89 imitrofa@space.ru)
21. Методом Фурье анализа впервые исследована переменность гамма-всплесков до масштабов 1 мс. Показано, что спектр мощности до масштабов 10 мс имеет степенную зависимость.
(Научный руководитель д.ф.-м.н. Митрофанов И.Г. 333-34-89 imitrofa@space.ru)
22. По программе быстрых наблюдений послесвечения гамма-всплесков совместно с КрАО, САО и КОСМОТЕН проведены 6 наблюдений. 3 наблюдения явились уникальными по времени реакции для такого типа событий. Получены оценки на наличие послесвечения гамма-всплесков и наличие переменного сигнала от SGR1806-По результатам наблюдений выпущены циркуляры GCN# 1129, 1130. .
(Научный руководитель д.ф.-м.н. Митрофанов И.Г. 333-34-89 imitrofa@space.ru)