Проект Джильда-Гала Анализ возможности наблюдения и мониторинга потоков высокоэнергичного гамма-излучения от известных рентгеновских астрофизических источников С.Б. Попов (ГАИШ МГУ)

Проект Джильда-Гала Солнечно-синхронная круговая орбита Высота орбиты 835 км Наклонение градуса Запуск 2010 год Срок работы 5-7 лет Проект в основном создается учеными МИФИ (Институт Космофизики)

Основные особенности Чувствительность от 10 МэВ Большое поле зрения Хороший тайминг Мониторинг неба в гамма-лучах

Предтечи

Гала vs. EGRET EGRETГАЛА Масса прибора1830 кг10 МэВ Апертура0.5 ср3 ср Угловое разрешение ~15 (30 МэВ) 5.5 (100 МэВ) 1.2 (1 ГэВ) 4.9 (30 МэВ) 1.6 (100 МэВ) 0.3 (1 ГэВ) Чувствительная площадь1500 см см 2 (~1000 см 2 )* Мертвое время>100 мс

Эффективная площадь

Зависимость эффективной площади от угла падения

Угловое разрешение Точность определения ориентации не хуже 0.1 градуса

Чувствительность

Экспозиция

Экспозиция за сутки

AGILE и GLAST У «ГАЛА» будет меньше собирающая площадь, зато лучше угловое разрешение и лучше чувствительность в диапазоне от 10 до 30 МэВ

Типы источников Активные ядра галактик (блазары) Галактики с мощным звездообразованием Галактики с большим поглощением Скопления галактик Нейтронные звезды - Радиопульсары - «Радионевидимые» пульсары - Магнитары - Прочие ИНЗ Остатки сверхновых

Типы источников-2 Двойные системы - Аккрецирующие (микроквазары) - Столкновения ветров - С радиопульсарами - Источники INTEGRAL с большим поглощением Центр Галактики Диффузное излучение Галактики Диффузное внегалактическое излучение Излучение темной материи Галактики Гамма-всплески Ограничения на фундаментальные теории Экзотика (одиночные черные дыры, EGRET(+)/COMPTEL(-), источники H.E.S.S.)

Основные механизмы излучения Синхротронное (микроблазары, пульсары, пульсар в двойной) Обратный комптон (микроблазары, пульсары, пульсар в двойной, скопления галактик) Тормозное излучение электронов (диффузное

Активные ядра галактик (блазары) (Sikora et al. astro-ph/ ) МэВные блазары Излом в спектре на 1-30 МэВ EGRET увидел 66 блазаров: 4 6 – FSRGs 1 7 – BL Lacs Многие блазары наблюдались только во время вспышек. Важен мониторинг вспышек от блазаров, которые будут открыты на GLAST (>1000).

Вспышки блазаров (Giommi et al. astro-ph/ ) Поток на 1-30 МэВ эрг/см 2 /c, что на порядок превосходит чувствительность «Гала». Переменность на масштабе нескольких дней.

Галактики с мощным звездообразованием NGC 253 Arp 220 (Torres & Domingo-Santamaria astro-ph/ )

Галактики с большим поглощением Примером является источник IGR J Как показали Bassani et al. (astro-ph/ ) источник является АЯГ за ГМО. N h = (7-9) 10 21

Скопления галактик (Atoyan, Volk astro-ph/ ) Coma cluster Пока скопления галактик в гамма не были зарегистр. Важно для оценки магнитных полей. Максимум в спектре МэВ.

Радиопульсары (Kuiper et al. astro-ph/ ) Спектр Крабовидной туманности Спектр пульсара в Крабе

Важность «Галы»: завал в спектре В спектрах радиопульсаров в модели polar cap ожидается наличие завала на высоких энергиях (Harding astro-ph/ ). Для магнитаров он может попадать на энергии порядка десятков МэВ. Т.о. Эти объекты могут оказываться недоступными для AGILE и GLAST. Для магнитарных полей нужен детальный расчет, которого пока нет. Сейчас этим занимаются в Ярославле (Чистяков, Гвоздев, Михеев и др.).

Новый зоопарк нейтронных звезд oКомпактные рентгеновские источники в остатках сверхновых oАномальные рентгенов. пульсары oИсточники мягких повторяющихся гамма-всплесков oВеликолепная семерка oИсточники EGRET oТранзиентные радиоисточники В последние 10 лет стало ясно, что нейтронные звезды могут рождаться очень разными, совсем непохожими на обычные радиопульсары типа Краба.

«Радионевидимые» пульсары (Grenier astro-ph/ )

Потухшие пульсары Бескин и Елисеева (ПАЖ т. 29, стр ) показали, что при модели свободного выхода частиц потухшие радиопульсары могут оставаться заметными источниками в жестком рентгене – мягком гамма). Оценки показывают, что «Гала» сможет видеть такие объекты из области до нескольких сот парсек, т.е. Из всего пояса Гулда.

Магнитары (Gotz et al. astro-ph/ ) Спектры магнитаров. Жесткий хвост обнаружен по данным наблюдений на спутнике Integral Оценки показывают, что если хвост тянется вплоть до МэВ, то источники будут потенциально регистрируемы на «Гале». Не нужно забывать и о вспышках магнитаров!

Остатки сверхновых (из обзора McEnery et al. astro-ph/ )

Остатки сверхновых (из обзора McEnery et al. astro-ph/ ) SN1006 RX J

Двойные (Bednarek astro-ph/ )

Аккрецирующие двойные (микроквазары) (Paredes astro-ph/ ) Модель спектра микроквазара в массивной двойной системе.

Аккрецирующие двойные (микроквазары) (Paredes astro-ph/ ) LS I LS 5039

Двойные с радиопульсарами (из работы Aharonian et al. astro-ph/ , см. также Kirk et al. astro-ph/ ) PSR B Завал на 5 МэВ обусловлен выбором модели инжекции электронов

Столкновения ветров (Tatischeff et al. astro-ph/ ) Система γ 2 Velorum

Источники INTEGRAL с большим поглощением (Ubertini et al. astro-ph/ ) Спектр IGR J (он же HESS J ) по данным INTEGRAL и HESS. Вверху показан спектр Краба.

Центр Галактики (Aharonian, Neronov astro-ph/ )

Диффузное излучение Галактики

Внегалактическое диффузное излучение (McEnery et al. astro-ph/ ) Открыто на SAS-2. Наблюдалось на EGRET. Происхождение неясно: АЯГ, темная материя,...

Излучение темной материи (De Boer et al. astro-ph/ )

Гамма-всплески Теоретический спектр гамма-всплеска (Baring NASA/GSFC) Наблюдаемый спектр GB Данные COMPTEL и др. Приборов (Greiner et al. astro-ph/ ) Большое поле зрения, хороший тайминг, чувствительность от 10 МэВ !!!

Проверка фундаментальных теорий Нарушение лоренц-инвариантности (Amelino-Camelia astro-ph/ ) T порядка секунд – время распространения сигнала от космологического источника. Отношение этого времени к характерному времени переменности (или, в нашем случае, к предельному временному разрешению) определяет безразмерную величину, характеризующую эффективность тестирования лоренц-инвариантности. Расплывание сигнала свидетельствует о зависимости скорости света от энергии квантов. Наблюдение гамма-вслесков в жестком диапазоне с большим временным разрешением предоставляет хорошую возможность для проверок теорий.

Одиночные черные дыры В работе Прохоров, Попов (2002) было показано, что можно оценить положение нескольких близких молодых черных дыр. В серии работ Torres et al., Punsly et al. было показано, что одиночные черные дыры Керра-Ньюмена могут быть наблюдаемы как EGRETовские источники.

EGRET(+)/COMPTEL(-) Zhang et al (astro-ph/ ) выдели популяцию из 22 источников, которые обладают весьма примечательным свойством: EGRET видел их, как достаточно мягкие источники, COMPTEL не видел их, хотя экстраполяция давала регистрируемый поток. Источники показывают концентрацию к центру галактики. Представляется, что «Гала» сможет зарегистрировать эти источники. Обладая при этом лучшим угловых разрешением, «Гала» сможет помочь понять природу этих загадочных объектов.

EGRET(+)/COMPTEL(-) (Zhang et al astro-ph/ )

На момент открытия источники не были отождествлены в других диапазонах. astro-ph/ astro-ph/ Источники H.E.S.S.: восемь новых источников

Отдельные источники I.Двойные системы с аккрецией (микроквазары) Cyg X-1, Cyg X-3, LS 5039, LSI II.Магнитары 1E ; SGR ; SGR ; 4U III.Пульсары в двойных PSR B IV.Вспышки блазаров 3C 279 V. 22 источника EGRET(+)/COMPTEL(-)

Распределение на небе Можно выделить несколько компонент: 1.Изотропное – внегалактические источники 2.Концентрация к плоскости Галактики – SNR, PSR 3.Концентрация к центру Галактики 4.Пояс Гулда – близкие молодые объекты

Пояс Гулда l=90°l=180°l=270° b= +90° b= -90° Cep + Cyg Ass Col 121 +Ori OB Sco OB2 Пояс Гулда по звездам Распределение молодых одиночный нейтронных звезд в окрестности Солнца (моделирование)

3 кпк от Солнца

Характерные потоки Поскольку чувствительность «Гала» не существенно отличается от EGRET, то распределение источников по потокам будет близко к наблюдавшемуся на этом приборе. Наибольший интерес будут представлять стационарные источники на пределе регистрации.

Характерная переменность От долей секунды (структура гамма-всплесков и вспышек магнитаров) до дней (орбитальные периоды двойных). Блазары показывают переменность на масшатабах от минут до месяцев.

Всеволновые наблюдения и совместные программы 1.Транзиентное поведение в разных диапазонах. В первую очередь в оптике (МАСТЕР и др.) Вспышки блазаров, гамма-всплески. После гг. планируется запуск российского детектора гамма-всплесков с оптическими детекторами на борту. 2.Совместный анализ данных с GLASTи AGILE. Мониторинг на МэВ объектов, открытых GLAST. 3. Анализ данных совместно с рентгеновскими: переходы между soft и hard состояниями в двойных.

Рекомендации 1.Возможно более быстрое сообщение о транзиентных событиях. Доступность этой информации для всего научного сообщества 2.Поиск в данных известных транзиентных событий (гамма-всплески и др.) 3.Уделение особого внимания области Пояса Гулда 4.Выделение зависимости потока и спектра от фазы для ярких пульсаров 5.При возможности совместный анализ данных «Гала» и других аппаратов (GLAST, AGILE) с учетом тайминга для более точного определения координат.

«Поехали!» (с) Запуск намечен на 2010 год. Срок работы спутника 5-7 лет.