20 09, 2017

Вспышки рентгеновского излучения сверхмассивной черной дыры и свойства молекулярных облаков

2017-10-24T15:26:52+00:00 20 09 2017|Categories: Публикации|Tags: , , |

Е.Чуразов, И.Хабибуллин, Р.Сюняев

Сверхмассивная черная дыра в центре нашей Галактики, ассоциируемая с радиоисточником Sgr A*,  могла бы быть ярчайшим рентгеновским источником на небе, однако, наблюдаемый поток излучения от нее в текущую эпоху невелик и даже во время вспышек соответствует лишь миллиардной доле эддингтоновской светимости черной дыры массой 4 миллиона масс Солнца.  Тем не менее, существуют указания на то, что гораздо более яркие вспышки имели место в ее недалеком прошлом. В частности, такой вывод можно сделать на основе рентгеновского излучения, приходящего от массивных молекулярных облаков вблизи Галактического центра, которое является «эхом»  вспышки рентгеновского излучения от черной дыры, наблюдаемом с задержкой около сотни лет, вызванной конечной скоростью распространения света между источником и «отражателем». Интенсивность отраженного сигнала при этом просто пропорциональна яркости родительской вспышки, так что наблюдения отраженного сигнала позволяют восстановить историю активности Sgr A* на масштабе нескольких сотен лет. Одна из основных трудностей такого подхода заключается в плохом знании взаимного расположения черной дыры и молекулярного облака, так как оценки расстояния до них вдоль луча зрения подвержены большой неопределенности.  В недавней серии статей (Чуразов, Хабибуллин, Сюняев, Понти 2017a,b,c), обсуждаются новые методы, позволяющие избавиться от этой неопределенности.

Главная идея базируется на наблюдаемой переменности отраженного излучения — его интенсивность заметно меняется на масштабе нескольких лет, что однозначно указывает на то, что и изначальная вспышка черной дыры  должна была быть достаточно короткой. Как следствие, отражение происходит лишь в тонком слое молекулярного газа, толщина которого не превышает несколько световых лет. Скорость распространения такого «фронта облучения» вдоль луча зрения может быть точно предсказана, и она зависит исключительно от времени, прошедшего с момента вспышки, и от расстояния от источника до облака. Вблизи источника скорость составляет половину скорости света, а на больших проекционных расстояниях неограниченно возрастает. Чтобы определить ее из данных наблюдений, достаточно предположить, что на масштабах заметно меньших, чем размер облака, флуктуации плотности имеют изотропную структуру. Другими словами, характерные размеры неоднородностей плотности одинаковы вдоль луча зрения и в направлении, перпендикулярном ему. Анализ существующих данных для наиболее яркого облака показал, что эта скорость составляет 70% от скорости света. Данное значение сразу показывает, что, с учетом положения облака на небе относительно источника Sgr А*, время, прошедшее с момента вспышки, составляет 110 лет.

Полный поток энергии, излученный сверхмассивной черной дырой в результате такой вспышки может быт оценен, если предположить, что плотность рассеивающего газа известна из наблюдений молекулярных линий. Подобные рассуждения приводят к сравнительно небольшим (для сверхмассивной черной дыры) значениям энергии порядка 1047–1048 эрг. Подобную энергию сверхмассивная черная дыра, излучающая на эддингтоновском пределе, могла бы излучить за несколько часов. Полная масса вещества, «проглоченная» черной дырой во время вспышки, сравнима с массой планеты, если аккреционный поток излучает порядка 5-10% от гравитационной энергии падающего вещества.

Уточнив таким образом параметры вспышки и измерив расстояние от Sgr A* до молекулярного облака становится возможным использовать эту информацию для диагностики структуры молекулярных облаков. Например, можно восстановить трехмерное распределение молекулярного газа на больших масштабах (см. Рис.1) или измерить статистические свойства флуктуаций плотности газа вплоть до масштабов около 0.1 пк (см. Рис.2). Кроме этого, задавшись конкретной моделью крупномасштабного распределения молекулярного газа вблизи центра Галактики, оказывается возможным получить предсказания распространения «эха» этой вспышки в ближайшие несколько сотен лет (см. Рис. 3), сравнение которой с реальными наблюдениями, в том числе поляриметрическими, позволит в будущем восстановить реальную крупномасштабную карту центральной молекулярной зоны. Наблюдения же будущими поколениями рентгеновских обсерваторий, оснащенных болометрами, позволят исследовать не только плотности, но и скорости молекулярного газа, что значительно дополнит картину как сверхзвуковых турбулентных движений внутри отдельных облаков, так и их орбитального движения в гравитационном потенциале центра Галактики.

Churazov E., Khabibullin I., Sunyaev R., Ponti G. «Not that long time ago in the nearest galaxy: 3D slice of molecular gas revealed by a 110 yr old flare of Sgr A*», 2017,  Monthly Notices of the Royal Astronomical Society,  465,  45. http://adsabs.harvard.edu/abs/2017MNRAS.465…45C

Churazov E., Khabibullin I., Ponti G., Sunyaev R. «Polarization and long-term variability of Sgr A* X-ray echo», 2017,  Monthly Notices of the Royal Astronomical Society,  468,  165. http://adsabs.harvard.edu/abs/2017MNRAS.468..165C

Churazov E., Khabibullin I., Sunyaev R., Ponti G. «Can Sgr A* flares reveal the molecular gas density PDF?», 2017,  Monthly Notices of the Royal Astronomical Society,  471,  3293, http://adsabs.harvard.edu/abs/2017MNRAS.471.3293C

Трехмерное распределение плотности молекулярного газа, полученное на основе рентгеновских наблюдений.

Рис.1 Трехмерное распределение плотности молекулярного газа, полученное на основе рентгеновских наблюдений.

Доля объема, занятая газом с данной плотностью (на масштабах порядка 0.2 пк). Существующие данные пока не позволяют надежно измерить форму этого распределения, но есть надежда провести необходимые наблюдения в ближайшем будущем.

Рис.2 Доля объема, занятая газом с данной плотностью (на масштабах порядка 0.2 пк). Существующие данные пока не позволяют надежно измерить форму этого распределения, но есть надежда провести необходимые наблюдения в ближайшем будущем.

Рис.3 Моделирование распространения вспышки по молекулярному газу. По мере распространения «фронта облучения» одни облака «гаснут», тогда как другие становятся яркими. В рамках этой модели рентгеновское излучение остается видимым в течение 500 лет после вспышки.

21 07, 2017

Премия РАН по астрофизике присуждена М.Гильфанову и Е. Чуразову

2017-09-28T14:52:54+00:00 21 07 2017|Categories: Премии|Tags: , |

Российская академия наук присудила премию имени А.А. Белопольского 2017 года чл.-корр. РАН Марату Гильфанову и чл.-корр. РАН Евгению Чуразову за цикл работ «Рентгеновская диагностика аккреционных потоков вблизи черных дыр и нейтронных звезд в Млечном Пути и других галактиках». В цикле представлены результаты исследований авторами релятивистских компактных объектов в рентгеновском диапазоне с помощью советских, российских и международных орбитальных обсерваторий. Среди результатов, полученных в работах цикла – исследование спектральной переменности рентгеновского излучения от аккрецирующих нейтронных звезд и черных дыр, диагностика природы компактного объекта (нейтронная звезда или черная дыра) по его рентгеновскому излучению, карты рентгеновского излучения центральной зоны Галактики в широком диапазоне энергий от 3 до 200 кэВ, измерение яркости космического рентгеновского фона, исследование популяций рентгеновских двойных во внешних галактиках, метод рентгеновской диагностики темпа звездообразования в галактиках и ряд других. Эти результаты получили международное признание и широко цитируются. Сформулированные в этих работах идеи и теоретические модели в настоящее время развиваются в работах других исследователей как в России, так и за рубежом.

М.Р. Гильфанов и Е.М. Чуразов — ведущие специалисты в области астрофизики высоких энергий и рентгеновской астрономии, работающие на стыке теории и наблюдений. Они внесли важный вклад в успех обсерваторий РЕНТГЕН (на модуле КВАНТ комплекса космической станции МИР), ГРАНАТ и ИНТЕГРАЛ, начиная с планирования программы научных наблюдений, разработки новых алгоритмов анализа данных и заканчивая интерпретацией результатов наблюдений и построением теоретических моделей. Область их интересов включает, в частности, физические процессы в скоплениях галактик, активных ядерах галактик и квазарах, в аккреционных потоках вблизи нейтронных звезд и черных дыр в двойных звездных системах.

В настоящее время Гильфанов и Чуразов активно участвуют в подготовке и моделировании научной программы наблюдений орбитальной обсерватории СПЕКТР РГ, планируемой к запуску в сентябре 2018 года. Е.М. Чуразов является заместителем научного руководителя проекта по обработке и интерпретации данных.

Премия имени А.А. Белопольского
Постановление Президиума РАН

1 06, 2016

Обзор Галактики в линиях Титана 44 по данным телескопа ИБИС обсерватории ИНТЕГРАЛ

2017-06-30T17:51:30+00:00 01 06 2016|Categories: Публикации|Tags: , , , , , , , |

Сотрудниками отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН был проведен систематической поиск остатков вспышек сверхновых в линиях Титана 44 на энергиях 67.9 и 78.4 кэВ на основе данных Российской национальной гамма-обсерватории обсерватории ИНТЕГРАЛ накопленных за 12 лет работы на орбите. Была достигнута рекордная чувствительность наблюдений, которая в 5 раз улучшает возможности предыдущего эксперимента, проводимого на гамма-обсерватории им. Комптона (НАСА) в 1991 – 2000 гг. Среди известных остатков вспышек сверхновых был обнаружен сигнал от Кассиопеи А, а также от сверхновой SN 1987A в Большом Магелановом Облаке (см. Гребенев и др., 2012, Nature, 490, Issue 7420, pp. 373-375). На другие известные остатки сверхновых (Vela Jr, Tycho (SN1572), Per OB2 and G1.9+0.3), включая каталог «галактических остатков сверхновых» Грина и др., (2014), был поставлен консервативный верхний предел на детектирование согласно накопленной чувствительности.

Статья опубликована в журнале MNRAS, 458, 4, 1 июня 2016 г.

27 10, 2014

Турбулентный нагрев газа в ядрах скоплений галактик сверхмассивными черными дырами

2017-06-30T17:03:52+00:00 27 10 2014|Categories: Пресс-центр ИКИ РАН|Tags: , , , , |

Турбулентные движения в центрах скоплений галактик являются источником нагрева горячего газа и предотвращают его быстрое охлаждение. Группа исследователей, включающая сотрудников Института космических исследований РАН, обнаружила возможный механизм передачи энергии от сверхмассивных черных дыр к газу скоплений. Об этом говорится в опубликованной 26 октября на сайте журнала «Nature» статье, которая выйдет в печатном номере журнала 6 ноября 2014 г.

Новости пресс-центра ИКИ РАН

27 08, 2014

Впервые зарегистрировано гамма-излучение кобальта-56 от сверхновой типа Ia (SN2014J) обсерваторией ИНТЕГРАЛ

2017-06-30T17:04:38+00:00 27 08 2014|Categories: Пресс-центр ИКИ РАН|Tags: , , , , , |

Российские астрофизики и их зарубежные коллеги впервые наблюдали гамма-излучение от распада радиоактивного изотопа кобальта-56 после вспышки сверхновой SN2014J. Эти данные блестяще подтвердили теоретическую концепцию того, что сверхновые типа Ia — это гигантские термоядерные взрывы белых карликов, сверхплотных остатков звезд. Об этом замечательном открытии говорится в вышедшей 28-го августа статье в журнале Nature, лидирующими авторами которой являются астрофизики из Института космических исследований РАН.

Новости пресс-центра ИКИ РАН

15 08, 2014

Евгений Чуразов получил награду КОСПАР

2017-06-30T17:05:32+00:00 15 08 2014|Categories: Пресс-центр ИКИ РАН|Tags: , |

В ходе торжественного открытия 40 Научной ассамблеи Международного комитета по исследованию космического пространства (COSPAR/КОСПАР) Евгению Чуразову была вручена золотая медаль имени сэра Гарри Мэсси, а Антону Артемьеву медаль имени Якова Борисовича Зельдовича для молодых ученых. Церемония награждения прошла 4 августа в Москве.

Новости пресс-центра ИКИ РАН

14 06, 2014

Лауреаты премий Кавли и Грубера в Москве расскажут о Зельдовиче

2017-06-30T17:08:39+00:00 14 06 2014|Categories: Пресс-центр ИКИ РАН|Tags: , , |

Международная конференция «Космология и релятивистская астрофизика (Зельдович-100)», которая откроется в ИКИ 16 июня 2014 г., посвящена 100-летию со дня рождения одного из величайших физиков XX века, трижды Героя социалистического труда, академика Якова Борисовича Зельдовича, одного из последних ученых-универсалов, оставивших огромное наследие в разные областях физики, в том числе — в той её области, что связана с изучением Вселенной.

Новости пресс-центра ИКИ РАН

12 11, 2012

Настоящее и будущее рентгеновской астрономии

2017-06-30T17:19:36+00:00 12 11 2012|Categories: Пресса о нас|Tags: , , , , , , |

(РИА НОВОСТИ, 12 ноября 2012) Мультимедийный круглый стол на тему: «Настоящее и будущее рентгеновской астрономии». Какие необъясненные явления продолжают интересовать астрофизиков сегодня? Что ждет рентгеновскую астрономию в следующие десятилетия? И какие астрофизические проекты рентгеновского диапазона планируются в России?

screenshot-2016-09-17-18-43-05

Мультимедийный круглый стол на тему: «Настоящее и будущее рентгеновской астрономии». В этом году отмечается 50 лет со дня запуска первого рентгеновского прибора, который принес экспериментатору Рикардо Джаккони Нобелевскую премию, и 10 лет работы на орбите международной обсерватории ИНТЕГРАЛ, 25% наблюдательного времени которой принадлежит России. Рентгеновская астрономия раскрывает неведомые тайны, дает представление о том, как устроена Вселенная, сколько в ней галактик и газа, из чего состоит «космическая паутина» распределения вещества, рассказывает об удивительных событиях – взрывах сверхновых звезд, выбросах вещества черными дырами, ярких звездных вспышках. Какие открытия были сделаны за эти годы? Какие необъясненные явления продолжают интересовать астрофизиков сегодня? Что ждет рентгеновскую астрономию в следующие десятилетия? И какие астрофизические проекты рентгеновского диапазона планируются в России?

9 03, 2010

НЕБО ОЧИСТИЛИ И НАШЛИ ПЯТЬ СОТЕН НОВЫХ ОБЪЕКТОВ

2017-06-30T17:34:37+00:00 09 03 2010|Categories: Пресса о нас|Tags: , , , , , , , , , |

Электронное издание «Наука и технологии России» 03.09.2010: Учёные из Института космических исследований РАН применили новые методы анализа изображений различных областей Вселенной, полученных в рамках проекта INTEGRAL, сообщает Информнаука со ссылкой на пресс-релиз ESA. С помощью этих методов специалисты зарегистрировали и описали ранее не видимые космические объекты — как галактические, так и внегалактические.

Вот уже более семи лет международная астрофизическая лаборатория INTEGRAL — совместный проект Европейского космического агентства (ESA), NASA и Федерального космического агентства России (Роскосмос) — исследует Вселенную, работая над получением изображений в рентгеновских и гамма-лучах. Учёные, занятые в проекте INTEGRAL, изучают всё небо — получают изображения не только объектов Галактики, но и внегалактических объектов. Теоретически, чем больше время экспозиции при получении изображения, тем чётче выходят снимки, однако на практике это не так. С увеличением экспозиции появляются систематические искажения изображений.

Работой по анализу полученных в рамках проекта изображений руководил академик Рашид Сюняев. Кроме того, в данной работе участвовали его коллеги из Института космических исследований РАН Роман Кривонос, Сергей Цыганков, Михаил Ревнивцев, Сергей Гребенев, Сергей Сазонов, Алексей Вихлинин, Михаил Павлинский и Евгений Чуразов.

В исследовании использованы возможности аппарата IBIS (название от английского сокращения Imager on Board the INTEGRAL Satellite — бортовой блок формирования изображений спутника INTEGRAL).

Фотоны высокой энергии, такие как фотоны рентгеновских и гамма-лучей, невозможно сфокусировать с помощью обычных линз и зеркал. В системе IBIS используются металлические пластины с определённым образом расположенными отверстиями, которые находятся перед детекторами фотонов. Последние проходят через эти отверстия, прежде чем попасть на детекторы.

По анализу тёмных и светлых точек на изображении, полученном на датчиках (такие изображения называются тенеграммами), учёные могут воспроизвести позицию источника лучей и их интенсивность.

Чтобы рассмотреть определённые участки неба, специалисты «очистили» изображения от фонового сигнала космических рентгеновских лучей, аппаратуры и излучения от Плоскости Галактики, фоновое значение которого зависит от положения изучаемой области космоса.

Российские учёные смогли очень точно рассчитать фоновое галактическое излучение благодаря дополнительному анализу близкого инфракрасного излучения, так как по нему можно косвенно судить о рентгеновском космическом излучении.

Кроме того, исследователи использовали дополнительный алгоритм, который позволяет удалить крупномасштабные искажения изображений.

С помощью данного алгоритма можно практически полностью избавиться от фона в области неба за пределами Галактики и частично подчистить изображения от областей Галактики.

Данные со спутника за июль 2009 года показали, что чувствительность изображений зависит от времени экспозиции, искажения с полученных снимков в значительной степени удалось убрать.

Благодаря разработанному алгоритму теперь можно рассмотреть космические объекты, которые раньше были не заметны для исследований. На данный момент учёные обнаружили 262 галактических и 219 внегалактических объекта.

Работа поддержана президентом России (в рамках программы поддержки ведущих научных школ, проектNSH-5069.2010.2), Президиумом РАН (программа «Происхождение, структура и эволюция объектов Вселенной»), подразделением Физических наук РАН (программа «Протяжённые объекты во Вселенной»OFN-16) и РФФИ (проект 09-02-00867).

Ссылка на публикацию.

17 08, 2006

Взгляд на галактику сквозь толщу пыли и газа

2017-06-30T16:16:15+00:00 17 08 2006|Categories: Популярно|Tags: , , , , , , |

С.Гребенев, Р.Кривонос, А.Лутовинов, М.Ревнивцев, Р.Сюняев, Е.Чуразов

(Журнал В Мире Науки 2006) Подобно тому, как врач с помощью рентгеновского снимка может видеть нашу грудную клетку насквозь, обсерватория «Интеграл» сквозь завесу пыли и газа, полностью поглощающую видимый свет, способна наблюдать самые удаленные области Галактики

Читать дальше