От физической модели пульсарного ветра – к новому источнику высокой энергии

pАстрофизики ndash; ученые занимающиеся изучением физических процессов внутри и вокруг объектов Вселенной, утверждают, что в космосе существует ряд специфичных условий, которых невозможно воспроизвести в земных условиях. Одной из таких уникальных особенностей являются релятивистские магнитогидродинамические (МГД) течения, доказавшие свою исключительную эффективность в вопросе ускорения частиц и образования струйных выбросов, которые могут распространяться на расстояние до 10
a name=_GoBack/a
0 килопарсек (примерно в 10 раз больше, чем размер нашей галактики). Данное свойство активно изучается в МИФИ. Ученые кафедры молекулярной физики (№10) под руководством профессора центра laquo;Физика неравновесных атомных систем и композитовraquo; Ф.А. Агароняна в рамках проекта Российского научного фонда исследуют свойства релятивистских МГД течений, а также их влияние на ускорение частиц и генерацию сверхжесткого излучения вблизи черных дыр и пульсаров./p

pВ 2015 году на Международной Конференции по Космическим Лучам (Нидерланды) коллаборация H.E.S.S., куда входит профессор Ф.А. Агаронян, представила результаты наблюдений гамма-излучения сверхвысоких энергий от галактического центра. Спектральные свойства и пространственное распределение яркости позволяют предположить, что излучение генерируется протонами ультравысоких энергий. Для образования такого излучения первичный спектр высокоэнергичных протонов должен распространяться до энергий порядка ПэВ, то есть данный источник представляет собой космический пэватрон. Мощность данного ускорителя может достигать 10sup40/supэрг/с, обеспечивая существенный вклад в спектр галактических космических лучей в так называемой области laquo;коленаraquo;. /p

pОднако природа этого источника остается неясной, и требуется тщательное рассмотрение различных моделей. Участники проекта предлагают подробно смоделировать процессы, которые должны иметь отношение к интерпретации наблюдательных данных H.E.S.S. Моделирование включает в себя 2D и 3D магнитогидродинамическое описание ветра, сформированного потоком вещества, истекающего из аккреционного диска вокруг сверхмассивной черной дыры в центре галактики. Эти расчеты должны выявить свойства областей, в которых могут быть реализованы различные сценарии для ускорения частиц, такие как диффузионное ускорение на ударных волнах и/или областей, где может стать важным перезамыкание магнитных силовых линий. Чтобы проверить актуальность полученных МГД расчетов для решения проблемы образования космических лучей, будет промоделировано ускорение частиц в выявленных гидродинамических структурах. С одной стороны, это позволит провести прямое сравнение с наблюдательными данными, полученными в области очень высоких энергий гамма квантов, и позволит определить возможный поток космических лучей, идущих из центра Галактики. С другой стороны, ускорение частиц также может происходить в магнитосфере сверхмассивной черной дыры в так называемых laquo;вакуумных зазорахraquo;. Магнитогидродинамическое описание аккреционного диска и течения ветра даст возможность изучить выход частиц из магнитосферы черной дыры и определить связанный с этим поток космических лучей. Ожидаемые результаты будут иметь непосредственное отношение к интерпретации наблюдений потоков гамма квантов сверхвысоких энергий от мощных активных галактических ядер, демонстрирующих сверхбыстрые изменения (по минутной шкале). Такая переменность в диапазоне гамма-квантов сверхвысоких энергий недавно обнаружена от некоторых из таких объектов./p

pУскорение космических лучей в магнитосфере черной дыры может иметь много общего с процессами, происходящими в магнитосфере пульсаров. До сих пор неизвестен основной механизм преобразования энергии магнитного поля в энергию ускоренных частиц. Данная работа сосредоточена на двух явлениях, открытых в последнее время при наблюдении пульсаров. С помощью Черенковских телескопов было обнаружено, что пульсирующее гамма-излучение пульсара в Крабовидной туманности простирается до диапазона сверхвысоких энергий выше 100 ГэВ. Возможное объяснение этого излучения связано с образованием холодного электрон-позитронного ветра от пульсара. В частности, сотрудники проекта планируют сконцентрировать внимание на возможности регулярного ускорения плазмы в выделенных областях магнитосферы, обнаруженных в работе профессора МИФИ Сергея Владимировича Боговалова (MNRAS, 2014) и на ускорении в токовых слоях, формирующихся в пульсарном ветре. /p

pДругое направление исследований связано с наблюдением двойной системы пульсар/B-звезда в гамма-лучах. Недавно обнаруженные гамма-вспышки от системы PSR 1259-63/LS2883 особенно интересны в этом отношении, поскольку энергетика этих вспышек достигает значений потерь вращательной энергии пульсара, что позволяет наложить жесткие ограничения на параметры пульсарного ветра. Ограничения могут быть получены из сравнения результатов численного моделирования этой системы с наблюдательными данными./p

pНесмотря на фундаментальные различия между ветрами от черных дыр и пульсаров, ускорение частиц, связанное с этими ветрами, весьма эффективно в обоих случаях. В случае пульсарного ветра это касается как изолированных, так и двойных пульсаров. Одной из целей работы является изучение сходства и различия между ветрами от пульсаров и черных дыр./p

pГруппа ученых намерена определить механизм ускорения космических лучей сверхмассивными черными дырами (SMBH). Решение этой задачи представляет исключительную важность для решения проблемы происхождения Галактических космических лучей. Данные наблюдений H.E.S.S. позволяют предположить, что большая часть космических лучей с энергией ниже 1 ПэВ ускоряется непосредственно центральной SMBH. Если вывод верный, то это кардинально изменит представление о процессах ускорения космических лучей галактическими источниками и возникновения космических лучей в целом. По этой причине предлагаемое исследование ускорения и транспорта космических лучей от центральной области Галактики представляет фундаментальный интерес./p

pВыявление механизма генерации пульсирующего излучения в области сверхвысоких энергий пульсарами может предоставить уникальную информацию о процессах формирования и ускорения пульсарных ветров. Это имеет непосредственное отношение к так называемой сигма-проблеме, которая остается неразрешенной задачей в физике пульсаров на протяжении более 30 лет. Изменение параметра сигма на несколько порядков при распространении пульсарного ветра от нейтронной звезды, в течение десятилетий остается загадкой. Решение этой проблемы обусловлено сложностью процессов, происходящих в зоне ветра и отсутствием наблюдательных данных. Последнее связано с низкими температурами пульсарных ветров, которые приводят к очень слабому излучению. Однако было показано, что ветер может излучать обратное Комптоновское излучение с весьма необычными свойствами. Обнаружение такой составляющей в излучении пульсара является очень важной задачей, и она должна позволить провести глубокую проверку различных теоретических моделей ветра. Участниками данного проекта было высказано предположение, что этот механизм может отвечать за производство обнаруженного пульсирующего с частотой вращения нейтронной звезды излучения очень высокой энергии. Такой сценарий был высоко оценен научной общественностью и был опубликован в журнале laquo;Natureraquo; (Ф.А. Агаронян и др.) в 2012 году. /p

pilaquo;В рамках данного проекта мы предлагаем проверить прогноз более детально с помощью моделирования пульсарного ветра и сравнить ожидаемую картину излучения с наиболее актуальными наблюдательными даннымиraquo;/i, ndash; отметил Феликс Альбертович, добавив при этом, что существует огромное количество накопленной ценной научной информации, которую можно использовать в проекте. ilaquo;Было бы неплохо создать в университете отдельную группу, которая будет заниматься анализом данных. Это дешево, но эффективноraquo;,/i ndash; резюмировал ученый./p

p /p

p align=center img src=/content/imported/upload/medialibrary/c68/nn.jpg title=nn.jpg border=0 alt=nn.jpg width=459 height=274 / /p

p align=centeriНа фото: профессор Ф.А. Агаронян читает лекцию сотрудникам и студентам МИФИ/i/p

plaquo;Пульсарноеraquo; направление исследований сконцентрировано на определении параметра сигма. В конечном итоге, ответ на этот вопрос может существенно повлиять на современные представления о физике пульсарного ветра, в частности, сказаться на решении задачи о превращение энергии магнитного поля в энергию движения плазмы в астрофизических условиях./p

pВ России активно обсуждается энергетический вопрос. Как сказал С.В. Боговалов, во время исследований могут обнаружиться интересные механизмы, которые обеспечивают преобразование одних форм энергии в другие с феноменальной эффективностью. Это может иметь прямое прикладное значение. Представьте себе, если бы удалось создавать электростанции с эффективностью 90%./p

pПроект выполняется в рамках Международной лаборатории экстремальной гидродинамики, руководителем которой является С.В. Боговалов. По словам исполнительного директора Центра laquo;ФНАСиКraquo; К.П. Алексеева, laquo;это является хорошей реализацией Программы повышения международной конкурентоспособности университета, когда совместно с зарубежными учеными мы создаем лаборатории высокого уровня, направленные на решение фундаментальных проблем и решение задач энергетических технологий будущегоraquo;./p