авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Характеристики пеpиодических пpоцессов в жестком излучении pентгеновских двойных звезд по данным эксперимента на станции прогноз-9

-- [ Страница 2 ] --

Для ряда рентгеновских двойных систем измеренные значения функции масс оптической звезды уже превышают ЗМ. Анализ оптической или инфракрасной кривой блеска позволяет по наблюдаемой функции масс оптической звезды уточнить значение массы релятивистского объекта или ее нижнего предела. Дополнительным контролем надежности оцененной величины массы служит информация об отсутствии рентгеновского затмения, расстоянии до системы, а также массе оптической звезды, оцениваемой по ее спектральному классу и классу светимости.

Многие источники-кандидаты в черные дыры являются транзиентными. Еще в 70-е годы транзиентные объекты были разделены на два класса: HXT (Hard X-ray Transients) и SXT (Soft X-ray Transients) – различающиеся своим спектром. HXT были связаны с Ве-пульсарами. SXT иначе называют рентгеновскими новыми. Среди 24 рентгеновских новых присутствуют 7 кандидатов в черные дыры, для которых существуют надежные оценки массы, 10 объектов, которые можно отнести к кандидатам в черные дыры исходя из их спектроскопических проявлений и 7 источников, вероятно являющихся нейтронными звездами. Все рентгеновские новые представляют собой маломассивные двойные системы. Вспышки рентгеновских новых обычно имеют длительность >10дней, яркость во время может достигать величины 1-100 Crab. Многие из них имеют рекуррентные вспышки, характерное время между которыми для различных источников лежит в пределах 0.5-60 лет и в среднем составляет 1.5-2 года. Форма кривой блеска для большей части вспышек имеет стандартную форму в виде быстрого роста и более медленного экспоненциального спада интенсивности излучения.

Рентгеновские источники в системах Cyg Х-1, LMC Х-З и LMC Х-1 квазистационарны, тем не менее изменения как потока, так и спектра излучения этих объектов во времени также имеют место. В частности, у «классического» кандидата в черные дыры Cyg X-1 наблюдаются нерегулярные переходы между «низким» состоянием и «высоким» состоянием, когда поток 1-10кэВ значительно возрастает, при этом уменьшается интенсивность излучения с энергией >20кэВ. В «низком» состоянии спектр Cyg X-1 аппроксимируется степенным законом, а в высоком – тепловым спектром с кТ1-2 кэВ. (или содержащим обе – тепловую и нетепловую - компоненты). Можно провести аналогии между спектрами различных вспышек рентгеновских новых и спектрами Cyg X-1 в его состояниях.

В спектрах ряда аккрецирующих черных дыр открыта узкая (Е/Е ~ 0.1) переменная эмиссионная линия на энергиях ~ 500 кэВ, природа которой пока окончательно не ясна. Частоты квазипериодических осцилляций для кандидатов в черные дыры в среднем отличаются от аналогичных частот для пульсаров. У трех галактических рентгеновских двойных систем - кандидатов в черные дыры (1Е 1740.7 - 2942, GRS 1915 - 105, GRO J1655 - 40) открыты релятивистские коллимированные джеты со скоростями истечения плазмы ~ 0.92с. Обнаружено значимое различие (в среднем на 2 порядка) отношений светимости рентгеновской новой во вспышке к светимости того же объекта в спокойном состоянии в случае кандидатов в черные дыры и источников с нейтронными звездами. Существует гипотеза, что этот факт связан с наличием горизонта событий в системах с черными дырами.



Во всех случаях, когда удается надежно измерить массу рентгеновского или радиопульсара (имеется одиннадцать таких измерений), она не превосходит (2-3) M и в среднем составляет ~ 1.4M. В то же время ни у одного из одиннадцати массивных (М>3М) рентгеновских источников – кандидатов в черные дыры не обнаружено феномена рентгеновского пульсара или рентгеновского барстера I типа, характерных для аккрецирующих нейтронных звезд. Это может считаться аргументом в пользу того, что указанные источники действительно являются черными дырами.

Во второй главе приведено описание рентгеновского эксперимента на космическом аппарате “Прогноз-9”, рассмотрено устройство рентгеновского спектрометра и его основные характеристики.

Полет высокоапогейной (700 000 км) станции "Прогноз-9" был осуществлен в 1983-84 гг. Рентгеновские наблюдения велись с помощью сцинтилляционного спектрометра, регистрировавшего фотоны в диапазоне энергий 10-200 кэВ. Для обеспечения достаточной эффективности регистрации фотонов в выбранном энергетическом интервале в приборе был использован кристалл CsI(Tl) толщиной 0.25 см. Эффективная площадь спектрометра составляла 40 см2.

Для исключения регистрации заряженных частиц в рентгеновских каналах основной кристалл, а также элементы пассивной защиты и коллиматор были помещены в “антисовпадательный” колпак из пластмассового сцинтиллятора, который просматривался тем же фотоумножителем (ФЭУ), что и кристалл CsI(Tl). Эффективность отбора событий в антисовпадательной защите составляла 99.5%. Для защиты от фонового рентгеновского излучения, идущего со стороны космического аппарата, была использована пассивная защита из свинцового (толщина 1.0 см.) и бариевого (толщина 0.5 см.) стекол, расположенных под основным регистрирующим кристаллом CsI(Tl). При такой пассивной защите вероятность поглощения излучения в диапазоне энергий 10-100 кэВ равна 99.9%.

Поле зрения прибора (0.7 ср) формировалось свинцово-оловянным коллиматором. Диаграмма направленности детектора изотропна по азимутальному углу и линейно-падающая от максимума ( = 0о) до нуля ( = 45о) по углу отстояния источника от оси прибора. Спутник «Прогноз-9» вращался с периодом 120 с вокруг своей оси. Ось детекторного блока составляла 7.5о с осью вращения спутника, которая через каждые 5-7 суток переориентировалась в направлении на Солнце. Таким образом, центр поля зрения прибора, усредненного по периоду вращения (2 мин) спутника, совпадал с направлением оси станции, а граница усредненного поля зрения находилась на расстоянии около 53о от этой оси.

Параметры орбиты спутника в начале полета были таковы: период обращения спутника вокруг Земли - 27 сут, наклонение орбиты - 51о высота орбиты в апогее 700 000 км.. Таким образом большую часть времени прибор, с помощью которого проводились измерения, находился за пределами магнитосферы Земли.

Из-за движения спутника вместе с Землей вокруг Солнца в поле зрения прибора попадали участки неба, примыкающие к эклиптике (±25о - ширина на половине высоты диаграммы направленности), и в среднем осуществлялось медленное (1о /сут) сканирование вдоль эклиптики. Были проведены наблюдения: района галактического антицентра (июль - август 1983 г.), областей неба, отстоящих от галактического экватора (сентябрь - октябрь
1983 г.), района центра Галактики (ноябрь 1983 - февраль 1984 гг.). Максимальное время непрерывной экспозиции источников, непосредственно расположенных вблизи эклиптики и, в частности, галактического центра составляло около 100 сут.

В течение всего эксперимента с использованием описываемого спектрометра проводились измерения средних за 10 с скоростей счета рентгеновских фотонов в диапазонах энергии 10-50, 25-50, 50-100 и 100-200 кэВ, а также сопутствующих заряженных частиц в канале антисовпадательной защиты. Временной ход средних скоростей счета прибора в рентгеновских каналах показывает, что во время наблюдений области неба в районе центра Галактики значения скоростей счета в рентгеновских каналах были существенно выше фоновых, что определялось суммарным излучением галактических источников, сосредоточенных в основном вдоль галактического экватора и максимально концентрирующихся в районе центра Галактики. Скорости в канале антисовпадательной защиты не имеют подобной зависимости.

Ранее в результате обработки данных, полученных в ходе рассматриваемого эксперимента, был составлен каталог солнечных рентгеновских событий, также были исследованы характеристики зарегистрированных гамма-всплесков. Поскольку, благодаря сильно вытянутой орбите, в эксперименте были обеспечены благоприятные условия для изучения периодических процессов в широком диапазоне периодов, уже на начальных этапах анализа были выделены некоторые периодические процессы, относящиеся в основном к суточному диапазону периодов, в том числе была идентифицирована 82-ч периодичность, обусловленная затмениями в жестком излучении известной рентгеновской двойной 4U 1700-37. Для выделенных периодических процессов в результате усреднения по многим периодам были получены средние фазовые кривые блеска.

По сравнению с ранними результатами в диссертации был видоизменен критерий отбора периодических процессов, что позволило уточнить список ранее обнаруженных периодичностей, а также открыть несколько новых периодических источников. Особое внимание было уделено поиску периодических процессов в так называемых транзиентных источниках. Другим важным аспектом работы было исследование особенностей формы средних кривых блеска. Была обработана информация, относящаяся к наблюдениям не только района центра Галактики, но и галактического антицентра и областей неба, далеко отстоящих от галактического экватора; были получены временные и спектральные характеристики излучения центра Галактики как целого. При этом шум суммарного излучения галактических источников анализировался и учитывался как источник ошибок при поиске периодических процессов.

В третьей главе рассмотрены современные методы поиска периодических процессов, изложен непараметрический метод поиска периодических составляющих, использованный в настоящей работе. В этой же главе проведен анализ фонообразующих факторов и показаны методы их режекции, рассмотрен критерий отбора периодических составляющих, связанных с астрофизическими объектами. Изложены методы исследования формы фазовых профилей периодических составляющих, методы оценки спектральных характеристик периодических процессов и областей их локализации.

Процесс, порождающий временной ряд, в общем случае состоит из трех основных компонентов: трендовая составляющая, периодический компонент (возможно одновременное присутствие нескольких периодических составляющих различной амплитуды) и случайный процесс. Возможны два подхода к проблеме поиска периодичности. Первый из них (параметрические методы) относится к тому случаю, когда при анализе данных предполагается вполне определенная форма фазовой зависимости искомого периодического процесса, после чего происходит поиск оптимальных значений одного или нескольких параметров, описывающих эту форму. В частности, Фурье-анализ представляет собой разложение исходного ряда по гармоническим функциям.

В случае непараметрических методов для всех интересующих значений пробного периода Р строятся фазовые диаграммы, после чего для каждой фазовой зависимости вычисляется величина Г(Р), характеризующая степень упорядоченности расположения точек на ней. На заключительном этапе анализа выбирается значение Го(Ро), отвечающее наиболее упорядоченному расположению точек. Характерная особенность непараметрических методов состоит том, что они слабо чувствительны к форме средних кривых блеска.

Существует целый ряд непараметрических методов, различающихся выбором величины Г. Один из распространенных методов использует статистику Аббе-Лафлера-Кинмана (АЛК), представляющей собой сумму квадратов разностей значений для последовательных точек на фазовой диаграмме, нормированную на дисперсию исходного ряда. При большом количестве точек эта величина тесно связана с коэффициентом автокорреляции (r) исходного временного ряда: АЛК=1-r. В методах, использующих принцип «фазовой группировки данных», интервал изменения фазы [0,1) предварительно разбивается на подинтервалы (бины). При каждом значении пробного периода формируются гистограммы отсчетов, на основании которых делается вывод о том, насколько хорошо выделяется средняя кривая блеска. Такие методы имеют достоинства, связанные с относительно высокой скоростью вычислений и более гладкой периодограммой, удобной для поиска периодических процессов.

Для выявления периодических процессов данные эксперимента на станции «Прогноз-9» анализировались методом наложения эпох на основе непараметрического метода Уиттекера и Робинсона, модифицированного с учетом специфики информации с эксперимента на станции «Прогноз-9». Этот метод состоит в следующем.





Для каждого пробного периода строится оценочный фазовый профиль. Для этого исследуемый интервал наблюдений разбивается на отрезки, длительность которых равна величине пробного периода, после чего производится наложение в одной фазе этих последовательных участков временного ряда, с последующим усреднением значений, относящихся к одной фазе. Амплитуду процесса, соответствующего пробному периоду (реального периодического или имитируемого случайным образом), можно охарактеризовать величиной среднего квадрата отклонения чисел, составляющих среднюю фазовую зависимость.

Для проведения поиска периодических составляющих выбирается сетка пробных периодов, для которых вычисляется амплитуда 2, после чего строится зависимость 2(Т), называемая периодограммой. Диапазон поиска определяется, с одной стороны, требованием, чтобы время наблюдений охватывало не менее 5 полных периодов, с другой стороны - тем, что корректно оценить величину амплитуды периодического процесса возможно, если средний фазовый профиль содержит по крайней мере 10 независимых точек.

Периодические процессы представлены на периодограммах набором узких пиков при определенных значениях периода. Характерной особенностью метода наложения эпох является появление при анализе временного ряда, соответствующего периодическому процессу с периодом Т0, не только основного пика с периодом Т0, но и набора кратных пиков, соответствующих 2хТ0, 3хТ0,..., а также, возможно, гармоник Т0/2, Т0/3,... Ширина пиков определяется условиями сохранения фазы при усреднении последовательных временных отрезков. FWHM пика, определяемая непосредственно при анализе периодограммы, может служить естественной мерой ошибки в определении периода.

На рис.1 приведен пример периодограммы, полученной для временного ряда среднечасовых скоростей счета фотонов в канале 25-50 кэВ, соответствующего интервалу наблюдений района центра Галактики (31.10.1983-12.01.1984). На периодограмме легко заметны дискретные пики, относящиеся к 82-ч периодическому процессу, соответствующему орбитальному периоду рентгеновской двойной 4U1700-37.

Сетку пробных периодов, равномерную по Т, удобно использовать в случае сравнительно небольшого диапазона периодов, для которых проводится анализ (Tmax/Tmin20). Для поиска периодических процессов в диапазоне Т=0.5…50 часов была использована сетка, линейная по частоте (т.е. по величине, обратной периоду). Как периодограмма, так и частотный спектр (зависимость амплитуды процесса от частоты) может быть представлен в виде суперпозиции периодической и шумовой составляющих. Шумовая составляющая, образованная усреднением случайных вариаций показаний прибора различной природы, линейно растет с увеличением периода, поскольку, чем короче пробный период, тем сильнее подавляются случайные отклонения оценочного профиля при усреднении (континуум на рис.1). Одним из примеров случайной составляющей является «дробовой» шум, связанный с конечным числом распределенных по закону Пуассона регистрируемых фотонов. Его величина показана на рис.1 линией вблизи оси абсцисс. Целесообразно нормировать получаемые частотные спектры на величину «дробовой» амплитуды 2дроб(Т). Величина 2(Т)/2дроб(Т), откладываемая на частотных спектрах, является ни чем иным, как величиной 2, нормированной на число степеней свободы N-1, где число N совпадает с числом независимых точек на фазовых профилях. Частотные континуумы шумовых составляющих с точностью до множителя соответствуют таковым в представлении в виде спектра мощности при Фурье-анализе. В частности, в таком представлении обеспечивается постоянство на всех частотах величин, характеризующих «дробовой» шум (частный случай белого шума).

Для того, чтобы выяснить роль различных фоновых факторов и найти оптимальные способы уменьшения их влияния на конечный результат были проанализированы временные ряды, соответствующие тем интервалам наблюдений, во время которых в поле зрения прибора не попадала плоскость галактического экватора.

Для выделения и последующего отсева солнечных вспышек были использованы показания прибора РФ и информация о наблюдениях Солнца в оптическом и радиодиапазонах наземными средствами. При поиске периодических процессов, временные интервалы, в течение которых регистрировались солнечные вспышки, а также участки данных, соответствующие космическим гамма-всплескам, были исключены из рассмотрения. Полная длительность отбракованных таким образом временных отрезков составила не более 0.3% полного времени экспозиции. При наличии на исходном временном ряду возрастаний вспышечного характера для энергий 10-50 кэВ величина, откладываемая на частотном спектре, примерно в 6 раз превышает статистический предел. При больших энергиях влияние вспышек менее существенно, однако в канале 25-50 кэВ оно по-прежнему заметно. При удалении вспышечных возрастаний из первичного ряда частотный спектр приближается к статистическому пределу до величины 2(Т)/2дроб(Т)<2 для диапазона 10-50 кэВ и 2(Т)/2дроб(Т)1 для 25-50 кэВ.

Другим важным фонообразующим фактором являются вариации, связанные с изменениями потока заряженных частиц, взаимодействующих со станцией с образованием рентгеновского излучения. Для их режекции использовался регрессионный анализ показаний в рентгеновских каналах прибора и в канале счета заряженных частиц в предположении линейного характера зависимости величины дополнительного счета в каждом из рентгеновских каналов от скорости счета в канале антисовпадательной защиты. При оптимальном значении коэффициента регрессии разброс значений на средних фазовых зависимостях, обусловленный совокупностью случайных процессов различной природы, минимален, и, следовательно, периодограмма имеет минимальный угол наклона. Процедура регрессии приводит к существенной очистке получаемых спектров в области периодов Т10 ч. При этом сильно подавляются отдельные пики, присутствующие одновременно на спектрах исходного (неочищенного) ряда и на спектрах ряда, состоящего из скоростей счета в канале частиц. В процессе анализа данных рентгеновского эксперимента на станции «Прогноз-9» коэффициенты линейной регрессии определялись по достаточно продолжительным (100 сут) временным рядам, соответствующим исследуемым областям неба. Наиболее значимые коэффициенты были получены для интервалов 50-100 кэВ и 100- 200 кэВ ( 0.04 фотон на частицу).



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.