Баллистические и диффузионные компоненты динамических спектров космических лучей сверхвысоких энергий от близких транзиентных источников
Рубрика:
| 1Фёдоров, ЮИ, 2Гнатык, РБ, 2Гнатык, БИ, 1Колесник, ЮЛ, 1Шахов, БА, 2Жданов, ВИ 1Главная астрономическая обсерватория Национальной академии наук Украины, Киев, Украина 2Астрономическая обсерватория Киевского национального университета имени Тараса Шевченко, Киев, Украина |
| Kinemat. fiz. nebesnyh tel (Online) 2016, 32(3):3-25 |
| Start Page: Космическая физика |
| Язык: русский |
Аннотация: Космические лучи сверхвысоких энергий (КЛСВЭ, E > 1018 эВ) от внегалактических источников отклоняются в межгалактическом и галактическом магнитных полях, что обуславливает диффузионный характер их распространения, изотропизацию их сумарного потока и отсутствие кластеров КЛСВЭ, связанных с отдельными источниками. Космические лучи предельно высоких (E > 1019.7 эВ) энергий рассеиваются преимущественно на локализованных замагниченных структурах: скоплениях галактик, филаментах и др., со свободным пробегом порядка десятков Мпк, поэтому в случае близких транзиентных источников в наблюдаемом потоке ожидается существенный вклад нерассеянных и слаборассеянных частиц, что может быть определяющим в отождествлении таких источников. Предлагается метод расчета временной эволюции энергетических спектров космических лучей сверхвысоких энергий на основе аналитических решений уравнения переноса с явным выделением вклада рассеянных и нерассеянных частиц. В качестве примеров рассмотрены случаи транзиентной активности ядра ближайшей активной галактики Центавр А и ускорения космических лучей предельно высоких энергий молодым миллисекундным пульсаром. |
| Ключевые слова: космические лучи сверхвысоких энергий, транзиентные источники, эволюция энергетических спектров |
References:
1. Березинский В. С., Буланов С. В., Гинзбург В. Л. и др. Астрофизика космических лучей. — М.: Наука, 1984.—380 с.
2. Бескин В. С. Магнитогидродинамические модели астрофизических струйных выбросов // Успехи физ. наук.—2010.—180, № 12.—С. 1241.
3. Дорман Л. И., Мирошниченко Л. И. Солнечные космические лучи. — М.: Наука, 1968.—468 с.
4. Топтыгин И. Н. Космические лучи в межпланетных магнитных полях. — М.:Наука, 1983.—302 с.
5. Федоров Ю. И. Распространение солнечных космических лучей в межпланетном пространстве в приближении радиального регулярного магнитного поля // Геомагнетизм и аэрономия.—1999.—39, № 3.—С. 16—23.
6. Федоров Ю. И. Кинетическое рассмотрение динамики энергетических спектров солнечных космических лучей // Кинематика и физика небес. тел.—2003.—19, № 4.—С. 307—327.
7. Шахов Б. А. Нестационарная функция Грина кинетического уравнения переноса для изотропного источника // Кинематика и физика небес. тел.—1995.—11, № 1.—С. 49—67.
8. Шахов Б. А., Шахова М. Б., Титов М. П. Функция Грина кинетического уравнения переноса для мгновенного точечного мононаправленного источника // Кинематика и физика небес. тел.—1996.—12, № 5.—С. 63—70.
9. Aab A., Abreu P., Aglietta M., et al. Searches for anisotropies in the arrival directions of the highest energy cosmic rays detected by the Pierre Auger Observatory // Astro- phys. J.—2015.—804.—P. 15.
10. Aab A., Abreu P., Aglietta M., et al. Searches for large-scale anisotropy in the arrival directions of cosmic rays detected above energy of 10<sup>19</sup> eV at the Pierre Auger Obser-vatory and the Telescope Array // Astrophys. J.—2014.—794, N 2.—P. 172.
11. Abbasi R. U., Abe M., Abu-Zayyad T., et al. Indications of intermediate-scale anisotropy of cosmic rays with energy greater than 57 EeV in the northern sky measured with the surface detector of the Tele scope Array experiment // Astrophys. J.— 2014.—790, N 2.—P. L21.
12. Allard D. Extragalactic propagation of ultrahigh energy cosmic-rays // Astropart.Phys.—2012.—39-40, N 1.—P. 33—43.
13. Aloisio R., Berezinsky V., Blasi P., et al. A dip in the UHECR spectrum and the transition from gafactic to extragalactic cosmic rays // Astropart. Phys.—2007.—27, N 1.—P. 76—91.
14. Aloisio R., Berezinsky V., BlasiP. Ultra high energy cosmic rays: implications of Auger data for source spectra and chemical composition // J. Cosmol. Astropart. Phys.— 2014.—N 10.—P. 020.
15. Aloisio R., Berezinsky V., Gazizov A. The problem of superluminal diffusion of relativistic partisles and its phenomenological sofution // Astrophys. J.—2009.—693, N 2.—P. 1275—1282.
16. Batista R. A., Sigl G. Diffusion of cosmic rays at EeV energies in inhomogeneous extragalactic magnetic fields // J. Cosmol. Astropart. Phys.—2014.—N 11.—P. 031.
17. Cronin J. W. The highest-energy cosmic rays // Nuclear Phys. B.—2005.—138.—P. 265—491.
18. Durrer R., Neronov A. Cosmological magnetic fields: their generation, evolution and observation // Astron. and Astrophys. Rev.—2013.—21.—P. 62.
19. Fang K., Kotera K., Murase K., et al. Testing the newborn pulsar origin of ultrahigh energy cosmic rays with EeV neutrinos // Phys. Rev. D.—2014.—90.—P. 103005.
20. Farrar G. R., Gruzinov A. Giant AGN flares and cosmic ray bursts // Astrophys. J.—2009.—693, N 1.—P. 329—332.
21. Farrar G. R., Piran T. Tidal disruption jets as the source of ultra-high energy cosmic rays // arXiv:1411. 0704v1 astro-ph. HE.—2014.
22. Fedorov Yu. I., Shakhov B. A. Solar cosmic rays in homogeneous regular magnetic field // 23rd International Cosmic Ray Conference (held 19—30 July, 1993 at University of Calgary, Alberta, Canada). — Calgary, 1993.—Vol. 3.—P. 215.
23. Fedorov Yu. I., Shakhov B. A., StehlikM. Non-diffusive transport of cosmic rays in homogeneous regular magnetic fields // Astron. and Astrophys.—1995.—302.— P. 623.
24. Fukushima M. Recent results from Telescope Array // arXiv: 1503.06961 astro-ph. HE.—2015.
25. Gleeson L. J., Axford W. I. Solar modulation of galactic cosmic rays // Astrophys. J.—1967.—149.—P. L115—L118.
26. Gnatyk R. B. Search of the sources of the cosmic rays with energies above 1020 eV // Kinemat. and Phys. Celest. Bodies.—2016.—32, N 1.—P. 1—12.
27. Halzen F., Vazquez R. A., Stanev T., et al. The highest energy cosmic ray // Astropart.Phys.—1995.—3, N 2.—P. 151—156.
28. Jansson R., Farrar G. R. The galactic magnetic field // Astrophys. J.—2012.—761,N 1.—P. L11.
29. Jansson R., Farrar G. R. A New model of the Galactic magnetic field // Astrophys.J.—2012.—757, N 1.—article id. 14.—13 p.
30. Keivani A., Farrar G. R., SutherlandM. Magnetic deflections of ultra-high energy cosmic rays from Centaurus A // Astropart. Phys.—2015.—61.—P. 47—55.
31. Kota J. Coherent pulses in the diffusive transport of charged particles // Astrophys.J.—1994.—427, N 2.—P. 1035—1041.
32. Kotera K., Lemoine M. Optical depth of the Universe to ultrahigh energy cosmic ray scattering in the magnetized large scale structure // Phys. Rev. D.—2008.—77, N 12.—P. 123003.
33. Kotera K., Olinto A. V. The astrophysics ofultrahigh energy cosmic rays // Annu. Rev.Astron. and Astrophys.—2011.—49.—P. 119—153.
34. Kuempel D. Extragalactic propagation of ultra-high energy cosmic rays // arXiv:1409.3129v2 astro-ph. HE.—2014.
35. Lemoine M., Kotera K., Petri J. On ultra-high energy cosmic ray acceleration at the termination shock of young pultar winds // J. Cosmology and Astropart. Phys.— 2014.— arXiv: 1409.0159v1 astro-ph. HE.
36. Malkov M., Sagdeev R. Cosmic ray transport with magnetic focusing and the «Telegraph» model // Astrophys. J.—2015.—808, N 2.—P. 157.
37. ManchesterR. N., Hobbs G. B., Teoh A., et al. The Australia Telescope National Facility Pulsar Catalogue // Astron. J.—2005.—129, N 4.—P. 1993—2006.
38. Moskalenko I. V., Stawarz L., Porter T. A., et al. On the possible association of ultrahigh energy cosmic rays with nearby active galaxies // Astrophys. J.—2009.—693, N 2.—P. 1261—1274.
39. Olausen S. A., Kaspi V. M. The McGill magnetar catalog // Astrophys. J. Suppl. Ser.—2014.—212, N 1.—P. 6.
40. Prosekin A. Y., Kelner S. R., Aharonian F. A. On transition of propagation of relativistic particles from the ballistic to the diffusion regime // Phys. Rev.—2015.—D92, 083003.— arXiv:1506.06594 astro-ph. HE.
41. Rieger F. M., Aharonian F. A. Cen A as TeV gamma-ray and possible UHE cosmic-ray source // Astron. and Astrophys.—2009.—506, N 3.—P. L41—L44.
42. Ruffolo D. Effect of adiabatic deceleration on the focused transport of solar cosmic rays // Astrophys. J.—1995.—442, N 2.—P. 861—874.
43. Schlickeiser R. Cosmic ray astrophysics — Berlin: Springer, 2002.—519 p.
44. Shakhov B. A., Stehlik M. Exact kinetic transport equation solutions in the particle propagation theory in the scattering medium // J. Quant. Spectrosc. and Radiat. Transfer.—2008.—109, N. 9.—P. 1667—1684.
45. Sokolsky P. Recent results from TA // Report on workshop «Multimessenger Astronomy in the Era of PeV Neutrinos». — Annapolis, 2014.
46. Takami H., MuraseK., Dermer C. D. Isotropy constraints on powerful sources of ultra-high-energy cosmic rays at 10<sup>19</sup> eV // arXiv:1412. 4716v2 astro-ph. HE.—2014.
47. Troitsky S. V. Doublet of cosmic-ray events with primary energies > 10<sup>20</sup> eV // J. Exp.Theor. Phys. Lett.—2012.—96, N 1.—P. 13—16.