Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://hea.iki.rssi.ru/conf/hea2007/TeX/autoref/auto1.tex~ Дата изменения: Mon Nov 12 19:14:39 2007 Дата индексирования: Tue Oct 2 00:36:35 2012 Кодировка: koi8-r Поисковые слова: черные дыры

\subsection*{Актуальность темы}
\indent

Большинство известных Галактических рентгеновских источников представляют
собой двойные системы с компактными объектами: нейтронными звездами или
черными дырами. Энерговыделение вблизи таких компактных объектов
очень велико -- при падении грамма вещества в черную дыру или на
поверхность нейтронной звезды может выделиться количество энергии в
сотни раз большее, чем при сгорании такой же массы в термоядерных
реакциях. Из-за этого вблизи
компактных объектов вещество часто находится в таких экстремальных
состояниях, которые вряд ли в обозримом будущем смогут быть получены в
лабораторных условиях. Кроме того, поскольку значительная часть излучения
этих объектов формируется в релятивистски движущейся среде и в
областях значительной пространственно-временной кривизны,
рентгеновское излучение черных дыр и нейтронных звезд представляет
собой отличный инструмент для исследования эффектов специальной и
общей теории относительности (и действительно, в последние годы были обнаружены
убедительные экспериментальные свидетельства того, что релятивистские эффекты
существенно влияют на наблюдаемое рентгеновское излучение).



Еще в 60-х годах были обнаружены рентгеновские источники, ярко вспыхивающие
на недели--месяцы и снова пропадающие с рентгеновского неба. В отличие
от ``постоянных'' источников (таких, у которых поток на масштабах
месяцев--лет меняется слабо) новый класс источников был назван
``рентгеновскими
Новыми'' по аналогии с классическими Новыми звездами. Изучение
рентгеновских Новых имеет ряд преимуществ перед изучением
``постоянных'' источников. В ходе эволюции вспышек рентгеновских Новых
обычно наблюдется целый ряд различных состояний, которые существенно
отличаются
друг от друга как спектральными характеристиками, так и характером
апериодический переменности рентгеновского потока. Современные теории
полагают, что смена состояний вызывается существенными изменениями в
геометрии аккреционного потока. Таким образом, исследование
эволюции рентгеновских Новых позволять проследить законы формирования
излучающих областей, что бывает трудно проделать на основе наблюдений
``постоянных'' источников. В данной работе приводится подробный анализ
вспышек 4 рентгеновских Новых в период 1996--1998 гг.


С момента зарождения рентгеновской астрофизики было ясно, что
компактные объекты представляют собой, пожалуй, самые ``'быстрые''
объекты во Вселенной. Действительно, характерные времена процессов,
происходящих в этих системах, чрезвычайно
малы -- миллисекунды и даже микросекунды. Например,
кеплеровская скорость вращения вещества вблизи нейтронной звезды массы
1,4$M_{\odot}$ (точнее говоря, на расстоянии $3R_g$ от центра
нейтронной звезды -- на последней устойчивой кеплеровской орбите
вокруг невращающейся нейтронной звезды, здесь $R_g$ --
гравитационный радиус звезды)
такова, что период обращения составляет всего $\sim$500 мкс. Для черных
дыр из-за их большей массы соответствующее значение несколько больше ($R_g$ --
``гравитационный'' радиус пропорционален массе объекта), но тоже очень
мало. Таким образом исследование переменности рентгеновского излучения
компактных объектов на масштабах милли- и микросекунд не может не
представлять огромного интереса. Вывод на орбиту в 1995 году
рентгеновской обсерватории RXTE (Rossi X-ray Timing Explorer)
ознаменовал начало
нового этапа изучения короткомасштабных процессов в рентгеновских
источниках. Огромные собирающие площади главных детекторов этой
обсерватории позволили изучать миллисекундные процессы с
беспрецедентной точностью. Обнаружение этой обсерваторией когерентных
пульсаций в излучении рентгеновских барстеров во время всплесков
термоядерного горения вещества на их поверхности позволило
предположить, что аккрецирующие нейтронные звезды вращаются с очень
большими скоростями (периоды вращения порядка нескольких миллисекунд).
Одним из наиболее блестящих открытий обсерватории RXTE в этой
области явилось обнаружение когерентных пульсаций в рентгеновском потоке
системы SAX J1808.4--3658 с периодом 2,49 мс, которое окончательно
подтвердило
существование миллисекундных периодов вращения аккрецирующих нейтронных
звезд. Измеренные значения частот вращения (300--500~Гц) показали, что
линейная скорость движения поверхности нейтронных звезд
достигает значений 0,1-0,2 c! При таких скоростях релятивистские
искажения при переходе из системы отсчета на поверхности нейтронной звезды к
системе отсчета удаленного наблюдателя неизбежны и весьма
значительны. В данной работе мы исследуем один из аспектов таких
искажений для миллисекундного пульсара SAX J1808.4--3658.

Одним из наиболее распространенных способов изучения характера
апериодической пременности рентгеновских источников является так
называемый метод ``спектров мощности''. Спектр мощности представляет
собой квадрат модуля комплекснозначного преобразования Фурье исходной
кривой блеска источника. В данной работе предложен новый
метод исследования спектральной переменности источников, основанный на
анализе спектров мощности -- так называемый метод ``частотных энергетических
спектров'', то есть энергетических спектров источника в определенном
фурье-частотном диапазоне. Он также может быть с успехом применен для анализа
энергетических спектров излучения в квази-периодических осцилляциях и
других шумовых компонентах спектра мощности.

\subsection*{Цель работы}

\indent

Цель работы заключалась во всестороннем анализе рентгеновского
излучения Галактических источников с черными дырами и
нейтронными звездами. В частности, при анализе вспышек рентгеновских
Новых основной
задачей было исследование крупномасштабной эволюции как спектральных,
так и временных характеристик рентгеновского потока. При исследовании
эволюции и профиля
импульса уникального миллисекундного барстера-пульсара SAX
J1808.4--3658 целью было определение физических параметров
системы, в частности, магнитного поля нейтронной звезды и ее
радиуса. При анализе
излучения систем Cyg X-1 и GX 339-4 целью было исследование
корреляций параметров энергетического спектра источников с
характеристиками их апериодического шума, которые помогут понять геометрию
аккреционного потока.



\subsection*{Научная новизна}

\indent

Все результаты, представленные к защите, являются новыми.

Анализ вспышек ряда рентгеновских Новых представляет собой уникальную
информацию об эволюции излучения этих объектов, что позволяет
установить ряд ограничений на физические параметры аккреционных систем.


Исследование аномальной рентгеновской Новой XTE J0421+560/CI Cam
показалo наличие теплового излучения оптически тонкой плазмы со
светимостью $\sim10^{37}$ эрг/с. В спектре источника впервые обнаружена
эмиссионная линия или комплекс линий на энергии $\sim$8 кэВ,
предположительно, тепловых линий $K_{\beta}$ высокоионизованного
железа и $K_{\alpha}$ никеля.

На примере миллисекундного барстера-пульсара SAX
J1808.4--3658 было показано наличие существенного влияния
релятивистской аберрации на формирование наблюдаемого профиля
импульса. Впервые по релятивистским искажениям в
профиле импульса измерена линейная скорость движения излучающего пятна
на поверхности нейтронной звезды. Исходя из этого получена оценка
радиуса нейтронной звезды.


В ходе работы был развит метод, позволяющий изучать спектральную переменность
рентгеновских источников на новом уровне. Применение предложенного
метода к источникам Cyg X-1 и GX 339-4 показало, что
переменность спектральной компоненты, возникающей в результате
отражения первичного спектра от оптически непрозрачной среды, сильно
подавлена по сравнению с переменностью первичного степенного спектра
на частотах выше $\sim$1--10 Гц.
Простейшим объяснением этого факта может быть сглаживание вариаций
отраженного спектра с характерным временем пролета светом размера
отражающей области. Кроме того, можно предположить, что наиболее
быстропеременные области аккреционного потока могут быть экранированы
от ``холодного`` аккреционного диска. В этом случае, это может означать, что в
``горячем'' комптонизирующем облаке вокруг компактного обьекта имеется
значительная неоднородность по физическим параметрам.



\subsection*{Практическая ценность работы}

\indent

Полученные результаты исследования вспышек рентгеновских Новых могут
быть эффективно использованы при построении физической теории
формирования аккреционного потока и рентгеновского излучения
Галактических двойных систем. В спектре XTE J0421+560 обнаружена линия
(комплекс линий) на энергии $\sim$8 кэВ, которая, как мы предполагаем,
является комплексом линий $K_{\beta}$ высокоионизованного железа и $K_{\alpha}$
никеля. Более чувствительные инструменты с лучшим энергетическим
разрешением, возможно, позволят в дальнейшем определить обилие никеля
в таких системах.


Предложенная модель релятивистских искажений в профиле импульса
барстера-пульсара SAX J1808.4--3658 впервые позволила прямыми
кинематическими измерениями оценить радиус нейтронной \\
звезды. Предложенная модель может также использоваться при
исследовании пульсаций во время термоядерных всплесков в рентгеновских
барстерах, а также
при излучении высокочастотных (так называемых ``килогерцовых'')
квазипериодических осцилляций.


Предложенный метод частотных спектров позволяет эффективно исследовать
спектральную переменность рентгеновских источников на разных временных
масштабах. В дальнейшем этот метод может быть с успехом использован для
определения энергетических спектров различных шумовых компонент
спектра мощности, в частности различных квазипериодических осцилляций.

Результаты, полученные при анализе корреляций параметров
энергетического спектра с характеристиками апериодического шума
рентгеновского потока источников Cyg X-1 и GX 339-4, позволяют
проводить проверку моделей геометрии аккреционного потока.


\subsection*{Основные положения, выносимые на защиту}

\hspace{\parindent}

1. Исследована эволюция вспышек 4-х рентгеновских Новых: GRS 1739--278, XTE
J1755--324, GX1354-644 и XTE J1748--288.

2. Исследована вспышка аномальной рентгеновской Новой XTE J0421+560.
Эволюция спектральных параметров во время вспышки. Показана тепловая
природа рентгеновского спектра. Впервые в рентгеновском спектре
Галактического компактного источника значимо задетектирована
эмиссионная линия (комплекс линий) на энергии $\sim$8 кэВ
(предположительно -- тепловые линии высокоионизованного Fe $K_{\beta}$,
Ni $K_{\alpha}$).

3. Исследована вспышка миллисекундного барстера-пульсара SAX
J1808.4--3658. Показана стабильность энергетического спектра источника
при изменении светимости более, чем на 2 порядка. Получена
оценка величины магнитного поля на поверхности нейтронной звезды.

4. Обнаружены релятивистские искажения в профиле импульса
миллисекундного барстера-пульсара SAX J1808.4--3658. Измерена
линейная скорость движения ``горячего'' пятна на поверхности
нейтронной звезды. Получена оценка радиуса нейтронной звезды.


5. Предложен новый метод частотных спектров для исследования
спектральной переменности рентгеновских источников.

6. Методом частотных спектров обнаружено, что отраженная
компонента в спектрах источников Cyg X-1 и GX339-4 имеет меньшую
амплитуду переменности, чем первичный жесткий спектр на
частотах выше $\sim$1--10 Гц.

7. Обнаружены корреляции спектральных и временных характеристик
рентгеновского излучения источников Cyg X-1 и GX 339-4. Продемонстрировано,
что рост
характерной частоты апериодического шума потока сопровождается
смягчением степенного спектра и увеличением амплитуды отраженной
компоненты (компоненты, возникающей в результате отражения первичного
спектра от оптически непрозрачной среды). Показано, что
наблюдаемые корреляции могут объясняться изменением положения
внутренней границы оптически непрозрачного аккреционного диска.


\subsection*{Апробация работы}
\hspace{\parindent}

Результаты диссертации докладывались на семинарах ИКИ РАН в 1997--1999 гг.,
Астрофизического института общества им. Макса Планка (Германия) в 1998--1999
гг.,
международных конференциях 2nd INTEGRAL Workshop, 1996 г., JENAM-97, 3rd
INTEGRAL Workshop, 1998 г., Петербургской конференции ``Жизнь нейтронных
звезд-97''. По теме диссертации опубликовано 11 работ. Еще с 4 работами
можно ознакомиться в электронном архиве препринтов {\it astro-ph}

\subsection*{Объем диссертации}
\hspace{\parindent}

Диссертация состоит из введения и десяти глав, объединенных в шесть
частей. Каждая глава имеет список литературы. Диссертация имеет объем 148
страниц, содержит 46 иллюстраций и 23 таблицы.