Исследование пульсаров в различных диапазонах энергий для целей астрофизики, фундаментальной физики и фундаментальной астрометрииНИР

Источник финансирования НИР

грант Президента РФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 4 февраля 2013 г.-31 декабря 2013 г. Исследование пульсаров в различных диапазонах энергий для целей астрофизики, фундаментальной физики и фундаментальной астрометрии
Результаты этапа: За отчетный период была продолжена работа по исследованию одного из возможных кандидатов на роль тёмной материи—первичных чёрных дыр (ПЧД). ПЧД образовывались на самых ранних стадиях эволюции Вселенной и, в отличие от всех остальных кандидатов, не требуют расширения стандартной модели элементарных частиц для своего описания. Эти объекты обладают большой массой (>10^15 г) и очень слабо взаимодействуют с веществом. Единственным способом обнаружить их является поиск нестандартных сигналов в астрономических наблюдениях. В отчетном периоде было предложено для ограничения концентрации ПЧД использовать наблюдения старых нейтронных звёзд ( в виде пульсаров) в шаровых скоплениях, где согласно симуляциям ожидаются высокие концентрации тёмной материи. Вещество НЗ настолько плотное, что существует ненулевая вероятность захвата ПЧД при её проёте через НЗ. Захваченная ПЧД постепенно упадёт в центр и затем поглотит НЗ за короткое время (миллионы лет). Наблюдения пульсаров в шаровых скоплениях позволяют ограничить долю ПЧД в тёмной материи—детальные расчёты с учётом внутреннего строения НЗ позволили ограничить долю на уровне нескольких процентов в диапазоне масс ПЧД 10^17—10^24 г. В сочетании с остальными тестами это позволяет почти полностью исключить ПЧД как основной кандидат на роль тёмной материи, что в свою очередь имеет большую важность для космологии ранней Вселенной. Полученные результаты были опубликованы в двух статьях. За отчетный период были продолжены наблюдения радио-тихих гамма-пульсаров на частоте 102.5 Мгц на телескопе БСА ПРАО АКЦ ФИАН. К концу года было накоплено уже 200 Гб данных. Параллельно был создан программный пакет для поиска пульсарных сигналов (как периодических, так и сильных индивидуальных) в этих данных. В настоящее время этот пакет тестируется на наборе более ярких пульсарах. Пульсары, особенно миллисекундные, являются очень стабильными стандартами частоты. Пульсарная шкала, построенная на основе этих пульсаров может служить дополненим к применяющейся сейчас атомной шкале, а также быть независимым источником времени (и координат) в дальнем космосе. Для увеличения её точности необходимо как можно лучше знать источники шумов в хронометрировании пульсаров. Был проведен анализ долговременных рядов наблюдений миллисекундных пульсаров на крупнейших радиотелескопах мира (Аресибо, Грин Бэнк, Нансе, Паркс, Калязин). Было показано, что инструментальный шум в настоящее время вносит бОльшую часть погрешности в определение моментов прихода импульсов и с вводом в строй радиотелескопов нового поколения можно будет ожидать увеличения точности определения на порядок для ряда пульсаров, что в свою очередь важно как для прикладной цели построения шкалы пульсарного времени, так и для фундаментальных задач поиска гравитационных волн. Результаты были опубликованы в журнале. Происхождение космических лучей (КЛ) сверхвысоких энергий является одной из важнейших загадок современной астрофизики. Лишь несколько классов источников могут ускорять протоны до энергий в 10^10 ГэВ: к ним относятся активные ядра галактик, гамма-всплески и магнитары—пульсары со сверхсильным магнитным полем. У всех классов источников есть свои проблемы, как, например, полная энергетика или степень анизотропии в распределении источников. Для решения этой проблемы необходимо надежное отождествление космолучей с источниками, что невозможно без знания магнитного поля вызывающего отклонения КЛ при их распространении. По существующим моделям наибольшие отклонения происходят уже при распространении КЛ в Галактике, свой вклад вносят как отклонения в регулярном поле, которые в принципе поддаются предсказанию, так и отклонения в случайном поле. Последние принципиально непредсказуемы и если бы они были слишком большими это значительно затруднило бы задачу отождествления. За отчетный период из наблюдательных данных было показано, что случайные отклонения для КЛ высоких энергий (выше 40 ЭэВ) не превышают 1-2 градусов для большей части небесной сферы. Таким образом, в ближайшем будущем можно ожидать более уверенного отождествления КЛ высочайших энергий с их источниками. За отчетный период было начато исследование популяции гамма-пульсаров в нормальных галактиках на примере М 31. Был построен спектр источника, с учетом его протяженности, по данным обсерватории Ферми-ЛАТ за 5 лет наблюдений. Были построены теоретически ожидаемые спектры с учетом различных популяций источников (пульсары, взаимодействие космических лучей с межзвёздной средой, жёсткий спектр от обратного комптоновского рассеяния релятивистских электронов на фотонах с длинйо волны близкой к видимому диапазону ).
2 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Исследование пульсаров в различных диапазонах энергий для целей астрофизики, фундаментальной физики и фундаментальной астрометрии
Результаты этапа: За отчетный период был создан программный пакет PulsarFinder, предназначенный для поиска периодических и сильных индивидуальных сигналов от пульсаров в массиве данных наблюдений на телескопе Большая сканирующая антенна (БСА) Пущинской радиоастрономической обсерватории (ПРАО АКЦ ФИАН). Важной особенностью созданного пакета является оптимизация для параллельных вычислений с использованием многоядерных процессоров, что является необходимым из-за больших объемов обрабатываемой информации – десятки и сотни Гб для одного пульсара. В качестве первой задачи для созданного пакета был выбран поиск радио-излучения от гамма-пульсаров, считающихся радио-тихими. Были накоплены данные для 6 радио-тихих пульсаров (PSR J0007+7303, PSR J0357+3205, PSR J0622+3749, PSR J1836+5925, PSR J1957+5033, PSR J2055+2539), а также для двух пульсаров ( PSR J2030+3641, PSR J2032+4127), слабое излучение которых было обнаружено в ходе поиска на больших телескопах, входящих в Fermi LAT Pulsar Search Consortium. Периодический сигнал пока не был обнаружен, что может быть связано с необходимостью проводить еще более широкий скан по трехмерному пространству параметров P,Pdot,DM (период, его первая производная, мера дисперсии) или с реальным отсутствием сигнала от этих источников на данном уровне чувствительности. В ходе поиска сильных индивидуальных сигналов, впервые были обнаружены гигантские импульсы от пульсара PSR J2032+4127. В данный момент результаты готовятся к публикации. За отчетный период было проведено исследование протяженного гамма-источника окружающего галактику М31, указания на существование которого были получены в прошлом году. Наиболее реалистичным объяснением существования такого протяженного источника (радиусом в десятки кпк) является гало космических лучей, образовавшихся в галактике за время её жизни и удерживаемых в непосредственной близости от неё в сравнительно сильных (~0.01 мкГс) турбулентных полях. К сожалению, этот источник является очень слабым--общее количество фотонов, накопленных за 6 лет из круга площадью в ~30 кв. градусов, лишь немногим превышает 300. Такая небольшая статистика не позволяет детально изучить спектр гало с целью поиска каких-нибудь особенностей, например, вызванных наличием значительной популяции пульсаров на больших расстояниях от галактики. Пока полученный спектр значимо не отличается от простого степенного и не демонстрирует существования никаких особенностей. В настоящий момент результаты исследования посланы в журнал. Также за отчетный период был проведен поиск кратковременной переменности (микровспышек) у ярких гамма-пульсаров Вела и Геминга в данных инструмента Fermi-LAT. Было обнаружено большое количество (несколько десятков) кластеров событий на временных масштабах 1-10 секунд. Сравнение с данными большой симуляции наблюдений показали, что это количество полностью совместно с ожиданием и объясняется лишь случайной кластеризацией фотонов от источников с большим потоком – эти гамма-пульсары не обладают переменностью на столь коротких временных интервалах.

Статьи по НИР