С 23.12.2024 г. по 26.12.2024 г. в ИКИ РАН прошла Международная конференция "Астрофизика высоких энергий сегодня и завтра - 2024" (НЕА-2024). Программный комитет конференции возглавил заместитель заведующего лабораторией чл.-корр.РАН А.А. Лутовинов. В организационный комитет конференции вошли сотрудники лаборатории: А.А. Лутовинов (председатель), А.С. Горбан, Д.В. Сербинов и Е.А.Токарева. Следующие сотрудники лаборатории 502 приняли в конференции активное участие, выступив с докладами: А.С. Горбан, А.В.Веледина, А.А.Лутовинов, А.Ю.Потехин, Ю.Поутанен.

Сотрудниками лаборатории была организована наблюдательная кампания, направленная на исследование яркого рентгеновского пульсара SMC X-1, находящегося в Малом Магеллановом Облаке, при помощи обсерватории IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer), позволяющей изучать такие объекты с новой точки зрения благодаря измерению поляризации их рентгеновского излучения. Особый интерес к данному объекту вызван тем, что он входит в небольшую группу пульсаров, демонстрирующих суперорбитальную переменность. Этот объект наблюдался трижды в течение высокой фазы своего суперорбитального периода (Рис. 1), причём его светимость в диапазоне 2–8 кэВ достигала L~2 x 1038 эрг/с, что делает его самым ярким рентгеновским пульсаром, когда-либо изученным с помощью данных IXPE. Во всех трёх наблюдениях была обнаружена существенная степень поляризации. Поляризация оказалась увеличивающейся со временем при уменьшении светимости, а угол поляризации уменьшался примерно на 10o между последовательными наблюдениями. Фазово-разрешённый анализ показал, что степень поляризации демонстрирует антикорреляцию с потоком излучения, что может быть связано с особенностями распространения излучения вблизи поверхности нейтронной звезды. Применение модели вращающегося вектора (RVM) позволило получить ограничения на геометрию пульсара в каждом отдельном наблюдении (Рис. 2), а динамика угла ориентации магнитной оси со временем подтверждает идею о влиянии суперорбитального периода на наблюдаемые свойства поляризации. Одним из возможных объяснений такой эволюции является рассеяние рентгеновского излучения в ветре прецессирующего аккреционного диска, что даёт важные подсказки о механизмах переноса излучения в подобных системах. Эти результаты демонстрируют уникальную роль рентгеновской поляриметрии в изучении магнитных полей аккрецирующих нейтронных звёзд и открывают новые перспективы для дальнейших исследований рентгеновских пульсаров с будущими поколениями рентгеновских обсерваторий.

Статья опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics.

Сотрудники лаборатории 502 А.А. Лутовинов, В.В. Левин и А.В. Кривченко и сотрудник отд. 52 М.Р. Гильфанов, приняли участие во встрече, посвящённой обсуждению возможных совместных проектов в рамках Китайской и Российской космических программ в области астрофизики высоких энергий. Встреча прошла в период с 4 по 6 ноября в Институте физики высоких энергий Китайской академии наук (IHEP CAS, english.ihep.cas.cn).

В программу первого дня визита (4 ноября) вошли:

• посещение сотрудниками ИКИ РАН лабораторий и экспериментальных установок;
• доклад «The presentation about EP», Weimin Yuan (National Astronomical Observatories CAS, english.nao.cas.cn);
• доклад «Overview of eROSITA results on the Eastern Galactic hemisphere», Marat Gilfanov (IKI/MPA);
• доклад «FXT on-orbit performance and cluster of galaxies observation», Yong Chen (IHEP).

В программу второго дня визита (5 ноября) вошли:

• доклад «Insight–HXMT observations on thermonuclear bursts», Yupeng Chen (IHEP);
• доклад «Current Status and highlights of Insight-HXMT», Xiaobo Li (IHEP);
• доклад «Overview of SRG/ART-XC results», Alexander Lutovinov (IKI);
• доклад «Overview of the Key laboratory of particle astrophysics», Hua Feng (IHEP);
• доклад «X-ray instrumentation activities at IKI», Vasiliy Levin (IKI);
• доклад «Overview of development status of the detector and optical technologies of space missions at IHEP», Weichun Jiang (IHEP).

В программу третьего дня визита (6 ноября) вошли:

• посещение сотрудниками ИКИ РАН лаборатории по разработке и испытаниям детекторов рентгеновского излучения;
• дискуссия о проведении совместных работ в рамках космических программ Китая и России.

Виброполировальный станок VP-430 предназначен для финишной подготовки поверхности образцов для металлографического анализа. Станок может одновременно обрабатывать до 6шести образцов диаметром 30 или 40 мм. При финишной обработке поверхности образцов на обычных полировальных станках (со вращающимися дисками) возникает паразитное явление образования микрорельефа из-за различной твёрдости материалов в образце. В отличии от них, виброполировальный станок может обеспечить практически идеальную поверхность с минимальным остаточным напряжением и шероховатостью лучше 50 нм. Единственным недостатком процесса виброполировки является его длительность (от единиц до десятков часов, в зависимости от твёрдости образца), однако станок VP-430 имеет цифровое управление и весь процесс полировки производится в автоматическом режиме без участия оператора. После окончания цикла полировки станок автоматически переходит в специальный режим, предотвращающий кристаллизацию полировальной суспензии, в котором и остаётся до момента извлечения образцов оператором. В настоящее время пусконаладочные работы успешно завершены и станок введён в эксплуатацию.

Используя данные нового наблюдения ярчайшего объекта рентгеновского неба 2023 года Swift J1727.8−1613, выполненные обсерваторией IXPE в жестком спектральном состоянии на низкой светимости, сотрудникам лаборатории впервые удалось сравнить поляризационные свойства жесткого состояния на низких потоках, а также изучить эволюцию аккреционной геометрии на протяжении всей диаграммы жесткость-интенсивность. Новые результаты показывают, что оптически тонкая комптонизирующая среда в спадающем жестком состоянии Swift J1727.8−1613 вытянута в плоскости аккреционного диска, то есть перпендикулярно предполагаемому усредненному по времени направлению радиоджета в восходящем жестком состоянии. Была разработана альтернативная модель образования рентгеновской поляризации, возникающей вследствие однократного томсоновского рассеяния излучения центрального рентгеновского источника в ветре аккреционного диска. Показано, что предложенная модель может объяснить среднюю наблюдаемую поляризацию черных дыр как в жестком, так и в мягком состояниях. Получены ограничения на геометрию и процессы излучения центрального источника.

С 18.12.2023 г. по 21.12.2023 г. в ИКИ РАН прошла Всероссийская конференция "Астрофизика высоких энергий сегодня и завтра - 2023" (НЕА-2023). В программный комитет конференции вошёл сотрудник лаборатории А.А. Лутовинов. В организационный комитет конференции вошли сотрудники лаборатории: А.А. Лутовинов (председатель), Д.В. Сербинов (зам. председателя) и А.С. Горбан. Сотрудники лаборатории 502 приняли в конференции активное участие, также выступив с докладами.

Завершены пуско-наладочные работы с прецизионным металлографическим отрезным станком Baincut-HSS PLUS (Chennai Metco, Индия). Станок может работать с алмазными и абразивными отрезными дисками размером от 100 до 200 мм. Обороты диска регулируются от 100 до 5000 об./мин. С целью получения высокого качества реза и его хорошей повторяемости станок обеспечивает автоматическое перемещение стола по оси Y и режущего диска по оси Z. Для выполнения параллельной (серийной) резки имеется ручная микрометрическая подача по оси X с шагом 10 мкм. Станок оборудован рециркуляционной системой подачи смазочно-охлаждающей жидкости объёмом 9 литров, позволяющей производить резку образцов без перегрева материала. Кроме станка были также закуплены необходимые расходные материалы для выполнения пробоподготовки. Так как вес станка составляет более 200 кг, то для него был приобретён усиленный лабораторный стол С‑501 (ООО «АТМ»). Кроме этого лаборатория была дооснащена усиленным лабораторным столом С-510 (ООО «АТМ») для шлифовально-полировального станка и двумя лабораторными столами общего назначения СР-18-9 (ООО «ДИПОЛЬ-Производство»). Отрезной станок и расходные материалы будут использоваться для подготовки образцов гибридных интегральных схем детекторов рентгеновского излучения и их составных частей к металлографическому анализу.

Выполнена сборка имитаторов подложек и полупроводниковых кристаллов, имеющих 1216 контактных площадок с шагом 300 мкм по горизонтали и 260 мкм по вертикали. Для сборки использовались шарики припоя диаметром 150 мкм. Имитаторы подложек и полупроводниковых кристаллов имеют структуру «daisy-chain», наилучшим образом подходящую для проведения отработки технологии «Bump-Bonding». Использование структуры «daisy-chain» позволяет проверить наличие контакта каждого бампа (bump) и проверить отсутствие замыканий между бампами в столбцах матрицы. В результате подбора оптимальных параметров микросборки удалось добиться стабильно повторяемого технологического процесса как с оловянно-свинцовым (Sn 63% Pb 37%), так и с бессвинцовым (Sn 96,5% Ag 3% Cu 0,5%) припоем. На шести тестовых образцах получен стопроцентный результат по наличию контакта и отсутствию замыканий между столбцами. Проведённые испытания подтверждают пригодность разработанных в лаборатории 502 технологии и инструмента для микросборки кремниевых дрейфовых детекторов с матричной структурой. На следующем этапе предполагается переход на имитаторы, изготовленные по тонкоплёночной технологии, с формированием на их контактных площадках золотой подбамповой металлизации (under bump metallization).

В ходе дальнейшего освоения технологии «Bump-Bonding» с применением пайки сформированы шариковые выводы на имитаторе полупроводникового кристалла. Данный имитатор содержит массив из 1216 (32х38) контактных площадок с шагом 300 мкм, полностью аналогичных реальному кристаллу матричного кремниевого дрейфового детектора. Имитатор выполнен по технологии печатных плат. Диаметр контактных площадок имитатора составляет 100 мкм. Для формирования выводов использовались шарики из бессвинцового припоя марки SAC305 (Sn 96,5% Ag 3% Cu 0,5%) диаметром 150 мкм. Для продолжения отработки технологических процессов оплавления шариков припоя и монтажа кристаллов на подложки заказана дополнительная партия имитационных плат.

В работе были проанализированы данные длинного наблюдения, выполненного телескопом ART-XC им М.Н. Павлинского в марте 2021 года. Во время наблюдения источник демонстрировал характерную вспышечную активность. Было показано, что вспышки являются "бесцветными", т.е в них не наблюдается значимого изменения жесткости излучения. Благодаря доступности архивных данных обсерватории Swift удалось получить широкополосный рентгеновский спектр в диапазоне 0.5-100 кэВ, наблюдаемая форма спектра характерна для рентгеновских пульсаров и описывается поглощенным степенным законом с экспоненциальным завалом на энергии 13 кэВ. При помощи байесового блочного разложения кривой блеска были определены характеристики наблюдаемых вспышек (длительность, время нарастания и ожидания, выделенная энергия и светимость перед вспышкой), которые согласуются с моделью "оседающей"\,аккреции. Получена оценка скорости звездного ветра сверхгиганта: Vw = 500 км/c. Также, у источника была обнаружена необычная переменность в ближнем ИК-диапазоне. Рентгеновские наблюдения подобных систем, позволяют взглянуть "изнутри" на свойства комковатого, плотного ветра звезд-супергигантов, а также дают возможность проверять теории, описывающие взаимодействие вещества ветра с сильными магнитными полями нейтронных звезд.

22.04.2023 г. состоялась очередная научная сессия отделения физических наук Российской академии наук (ОФН РАН). Сессия прошла в ФТИ им. А.Ф.Иоффе (г. Санкт-Петербург) под руководством академика Роберта Арнольдовича Суриса. Тема сессии была: "Гамма-кванты и нейтрино из космоса: что видим сейчас и что нужно, чтобы увидеть больше". В работе сессии приняли участие сотрудники лаборатории А.А. Лутовинов и В.В. Левин. А.А. Лутовинов выступил с докладом "Статус и перспективы российских орбитальных телескопов для астрофизики высоких энергий". В.В. Левин выступил с докладом "Детекторы и интегральные схемы орбитальных телескопов".

Аннотация доклада А.А. Лутовинова:
В докладе представлен обзор российских космических инструментов, предназначенных для проведения исследований в области астрофизики высоких энергий, как работающих в настоящее время на орбите, так и планируемых к запуску и находящихся в стадии разработки. Особое внимание будет уделено текущему состоянию телескопа ART-XC им. М.Н. Павлинского обсерватории СРГ, выполняемой им программе наблюдений и ее результатам. Также будут представлены текущий статус проекта МВН на МКС и результаты проработки рентгеновских и гамма-телескопов будущих миссий (МВН М2, ART-XC/Г400, комптоновский телескоп).

Аннотация доклада В.В. Левина:
В ИКИ РАН выполнена разработка нескольких видов детекторов рентгеновского излучения для телескопов и спектрометров астрофизического назначения. В частности, для проекта МВН (российский сегмент МКС) разработан пиксельный детектор на основе кристалла CdTe и ИС VA32TA, предназначенный для проведения спектрометрии в диапазоне энергий от 4 до 120 кэВ. Для рентгеновского телескопа ART-XC им. М.Н. Павлинского на борту обсерватории Спектр-РГ разработан двусторонний стриповый детектор на основе кристалла CdTe и ИС VA64TA1, работающий в диапазоне от 4 до 120 кэВ. При выполнении эскизного проекта (ЭП) по теме Гамма-400 разработан проект кремниевого детектора с 192х192 пикселями размером 150 мкм. Каждый пиксел имеет полупроводниковую структуру типа DepFET (Depleted Field Effect Transistor). В рамках ЭП изготовлен и испытан макет данного детектора уменьшенного размера (32х32 пикселя). Для ЭП по теме МВН-М2 разработан проект быстродействующего кремниевого детектора на основе структур типа SDD (Silicon Drift Detector). Для обработки сигналов детектора была разработана, изготовлена и испытана специализированная ИС SDDASIC3. В настоящее время ведутся работы по проектированию детектора с 1024 SDD-структурами (32х32 пикселя) и специализированной ИС для предварительной обработки сигналов.

Успешно пройдены два из трёх этапов освоения технологии «Bump-Bonding» с применением пайки. Для отработки технологии использовались имитаторы подложки и полупроводникового кристалла, изготовленные по технологии печатных плат. На первом этапе было выполнено сопряжение имитаторов, содержащих массивы из 100 (10х10) контактных площадок. На втором этапе успешно соединены имитаторы, содержащие по 440 (20х22) контактных площадок. Соединяемые платы имеют топологию «daisy chain», что позволяет выполнять электрический контроль всех созданных соединений. Теперь нам предстоит третий этап – отработать технологию сопряжения плат с 1216 контактными площадками, которые в точности соответствуют топологии реального детектора. Реализация третьего этапа требует перехода на более тонкий технологический процесс с использованием шариков припоя диаметром 100 мкм.

Конструкция и технология разработаны инженерами лаборатории 502, детали изготовлены на производстве ИКИ РАН. В ходе изготовления керамических решёток на производстве была освоена технология лазерной резки керамики и выполнения в ней сквозных отверстий диаметром порядка десятков-сотен микрон. В настоящее время инженеры приступили к отработке технологии монтажа с использованием печатных плат, имитирующих элементы детектора. Платы изготовлены ООО "Микролит" (г. Москва, Зеленоград).

По данным, полученным телескопами обсерватории СРГ сотрудниками лаборатории был впервые получен широкополосный спектр медленно-вращающегося рентгеновского пульсара SXP1323, расположенного в Малом Магеллановом облаке. Этот двойная интересна сразу по многим причинам - это очень молодая рентгеновская система, вокруг которой до сих пор виден остаток сверхновой. А нейтронная звезда, рожденная во время вспышки сверхновой, удивительно медленно вращается, но при этом очень быстро изменяет период своего вращения. Нашей группе удалось показать, что после 2016 года, пульсар стал ускоряться почти на 30 секунд в год, хотя его светимость почти не изменилась с начала регулярных наблюдений и остается относительно небольшой - около 4 х 10³⁶ эрг/с. Скорее всего, все это указывает на то, что дипольная компонента магнитного поля этой нейтронной звезды очень сильная - больше 10¹³ Гс. Сложная история изменения темпа ускорения вращения пульсара возможно объясняется рассогласованием осей вращения нейтронной звезды и аккреционного диска.

Один из самых ярких в рентгеновском диапазоне радиопульсар среднего возраста PSR B0656+14 с известным по радиоастрономическим данным расстоянием 288+/-30 пс вращается с периодом 0.383 сек. Источниками рентгеновского излучения таких радиопульсаров с возрастом около 100 тыс. лет может быть вся поверхность остывающей нейтронной звезды, горячие пятна вблизи магнитных полюсов, нагретые релятивистскими частицами магнитосферы, и нетепловое излучение релятивистских частиц магнитосферы. Все три компонента могут быть выделены в рентгеновском спектре исследованного пульсара. Его усредненный по фазе рентгеновский спектр описывается двумя тепловыми компонентами с температурами около 0.065 и 0.120 кэВ, степенным спектром с фотонным индексом 2 на энергиях выше 2 кэВ, и линией поглощения на энергии 0.57 кэВ. Амплитуда пульсаций составляет около 15% для тепловой части спектра и достигает 50% на энергиях, где доминирует степенной спектр. Нами была предпринята попытка описать усредненный по фазе тепловой спектр пульсара спектрами остывающей нейтронной звезды с различным распределением температуры и магнитного поля по поверхности и локальными спектрами, описываемыми моделями намагниченных водородных атмосфер (Atm), спектрами конденсированной поверхности (CS), и их комбинациями. Наилучшее соответствие наблюдениям показала модель с дипольным полем и локальными спектрами конденсированной поверхности, дополненная геометрически тонкой горячей (0.13 кэВ) атмосферой над конденсированной поверхностью вблизи магнитных полюсов.

Благодаря хорошему покрытию вспышек излучения от маломассивной двойной системы Aql X-1 наблюдениями обсерватории Swift, нам удалось исследовать свойства взаимодействия вещества в аккреционном диске с магнитным полем нейтронной звезды. В частности, была предложена модель вязко эволюционирующего аккреционного диска вокруг замагниченной нейтронной звезды. Модель характеризуется изменением внешнего радиуса горячей ионизированной части диска из-за охлаждения и изменением внутреннего радиуса диска из-за взаимодействия с магнитосферой. Она также учитывает эффекты ослабления темпа аккреции на нейтронную звезду из-за центробежного барьера, а также облучение внешнего диска и звезды-компаньона рентгеновским излучением от нейтронной звезды и диска. При задании внутренних граничных условий мы учитывали, что процессы на внутреннем диске происходят на масштабах времени, значительно меньше масштаба вязкого времени всего диска. Были рассмотрены три типа истечения с внутреннего края диска: нулевое истечение; истечение, основанное на МГД-расчетах; и очень эффективный пропеллерный механизм. Для получения физических параметров системы, наблюдаемые кривые блеска вспышки от Aql X-1 в 2013 г. в рентгеновском и оптическом диапазонах сравнивались с модельными. Было показано, что быстрое падение потока в диапазоне 0.3-10 кэВ может быть объяснено исключительно радиальным сжатием горячего диска. В то же время модели с магнитным полем нейтронной звезды сильнее 108 Гс описывают данные лучше, объясняя наблюдаемое «колено» на кривой блеска.

В частности, по данным обсерваторий NuSTAR и Swift были исследованы широкополосные спектральные и временные характеристики малоизученного рентгеновского пульсара XTE J1859+083 в широком диапазоне энергий 0.8-79 кэВ. Было показано, что профиль импульса пульсара имеет сложную форму, зависящую от энергетического диапазона. Доля пульсирующего излучения при этом имеет постоянное значение около 35% вне зависимости от энергии, что нетипично для рентгеновских пульсаров. В то же время его энергетический спектр типичен для этого класса объектов и имеет степенную форму с экспоненциальным завалом на высоких энергиях. Линии циклотронного поглощения в спектре обнаружено не было. На основе косвенных методов определения магнитного поля и отсутствия циклотронной линии была произведена оценка напряженности магнитного поля менее 5 x 10¹¹ Гс или принадлежащей интервалу от 5 x 10¹² до 2 x 10¹³ Гс. Данные, полученные на телескопах NOT и SALT, а также оптические и ИК обзоры неба позволили нам также изучить природу оптического компаньона в системе. Так, были локализованы и изучены возможные кандидаты на роль оптического компаньона XTE J1859+083, и был определен наиболее вероятный кандидат. Результаты оптической и ИК фотометрии и спектроскопии этих возможных звезд-компаньонов показали, что система представляет собой рентгеновскую двойную систему со звездой класса Be, демонстрирующую спектральные линии Br_γ, He I и H_α.

Конференция прошла в смешанном формате (очном и онлайн). Члены лаборатории 502 приняли в конференции активное участие

Участниками проекта была организована наблюдательная кампания, направленная на исследование недавно открытого транзиентного рентгеновского пульсара MAXI J0903-531. В результате были подробно исследованы спектральные и временные свойства источника в широком диапазоне энергий и светимостей. В частности, было показано, что в двух состояниях, отличающихся в 30 раз по светимости, наблюдаемый рентгеновский спектр имеет классическую форму, состоящую из степенного закона с завалом на высоких энергиях (см. рис.). Факт отсутствия преобразования спектра в двугорбую структуру, ожидаемую при низких потоках, скорее всего указывает на относительно слабое магнитное поле нейтронной звезды ниже (2-3) x 1012 Гс. Эта оценка согласуется с другими косвенными ограничениями, такими как отсутствие перехода пульсара в режим пропеллера и спектральных абсорбционных особенностей, которые можно интерпретировать как циклотронную линию поглощения. Временной анализ данных NuSTAR выявил лишь незначительные изменения профиля импульса источника в зависимости от энергетического диапазона и темпа аккреции. В обоих состояниях интенсивности доля пульсирующего излучения увеличивается с 40% до примерно 80% с увеличением энергии. Наконец, также было получено орбитальное решение для двойной системы, используя данные приборов Fermi/GBM, NICER и NuSTAR.

Статья принята к публикации в журнале Astronomy & Astrophysics.

С 30 июля по 16 августа 2021 г. в представительстве (ИКИ РАН) в Республике Крым прошел выездной семинар имени М.Н.Павлинского Лаборатории фундаментальной и прикладной рентгеновской астрофизики и отдела Астрофизики высоких энергий ИКИ РАН "Актуальные направления развития детекторов рентгеновского излучения для астрофизических применений".

Тематика семинара охватывает актуальные аспекты исследования нейтронных звезд, начиная от теоретических моделей и заканчивая возможностями практического использования этих объектов для решения прикладных задач. Также состоялось обсуждение ряда других астрофизических задач (обзоры неба, поиски транзиентов, нетепловое излучение протяженных объектов). Особое внимание было уделено обсуждению технических вопросов разработки и создания перспективных рентгеновских детекторов, инструментов и телескопов, обеспечивающих решение таких задач. Помимо докладов было проведено несколько заседаний по обсуждению и решению задач телескопа ART-XC обсерватории Спектр-РГ, а также будущих проектов.

Открытие космического рентгеновского фона (КРФ) было одним из первых открытий в истории рентгеновской астрономии. Интерес к изучению КРФ возрос многократно после того, как было показано, что его излучение складывается из излучения большого количества отдельных точечных источников – сверхмассивных черных дыр – активных ядер галактик (АЯГ). Такой большой интерес к изучению КРФ обусловлен тем, что он содержит в себе информацию об истории аккреции на сверхмассивные черные дыры во всей Вселенной. Практически все рентгеновские обсерватории мира проводили и проводят измерения поверхностной яркости КРФ, однако полученные величины его яркости отличаются друг от друга более чем на 15-20% и эта неопределенность оказывается весьма существенной при проверке современных моделей эволюции сверхмассивных черных дыр во Вселенной. Для решения этой проблемы в Институте космических исследований РАН разработан комплекс научной аппаратуры МВН, предназначенный для высокоточного измерения поверхностной яркости КРФ в диапазоне энергий 6-70 кэВ. Ожидается, что за три года непрерывных наблюдений с борта МКС эксперимент позволит определить поверхностную яркость КРФ с ошибкой около 1%, что даст возможность существенно уточнить модели эволюции сверхмассивных черных дыр в центрах галактик и самих галактик.

Возле поверхности любой нейтронной звезды есть тонкая оболочка, которая обеспечивает существенную теплоизоляцию ее внутренних горячих слоев. Она связывает внутреннюю температуру звезды с эффективной температурой поверхности. Физические процессы в оболочке достаточно ясны, но их химический состав неизвестен. Последнее обстоятельство затрудняет вывод физических параметров вещества в звездных недрах из наблюдений теплового излучения поверхности звезд и дает мотивацию для разработки моделей таких оболочек. В этом обзоре описываются физические свойства таких оболочек, в частности, уравнение состояния, теплопроводность, и диффузия ионов. Рассмотрены различные модели тепловых оболочек, например состоящие из отдельных слоев различных элементов или содержащих диффузионные смеси бинарных ионов в диффузионном равновесии или вне его. Обозначены эффекты сильных магнитных полей, а также эффекты высоких температур, которые вызывают сильную эмиссию нейтрино в самих оболочках. Наконец, в обзоре обсуждается, как свойства оболочки влияют на тепловую эволюцию нейтронных звезд и на способность получать важную информацию о внутреннем строении нейтронных звезд по наблюдениям.

Магнитары - изолированные нейтронные звезды с сильными магнитными полями до B~1014-1015 Гс, которые являются источником энергии этих звезд. Они проявляют себя как рентгеновские пульсары с периодами P~(0.3−12.0)с и со скоростями замедления Ṗ~(10^−15-10^−11) с/с. На текущий момент насчитывается 30 магнитаров. Магнитар SGR J1745-2900, расположенный в непосредственной близости от сверхмассивной черной дыры Sgr A*, был обнаружен во время рентгеновской вспышки телескопом Swift/XRT в апреле 2013 г. В течение нескольких месяцев после обнаружения источник наблюдался обсерваторией NuSTAR, что позволило зарегистрировать пульсации с периодом ∼3.76 с. Используя эти наблюдения, были проведены детальные исследования зависимости профиля импульса и доли пульсирующего излучения от энергии и интенсивности магнитара. Было показано, что доля пульсирующего излучения в диапазонах энергий 3-5 и 5-10 кэВ находится на уровне 40-50%, значимо увеличиваясь с уменьшением потока и не изменяясь с энергией, что может быть связано с возможным уменьшением радиуса области генерации теплового излучения. Также была проведена фазированная спектроскопия источника в диапазоне энергий от 3 до ~40 кэВ, которая показала, что температура излучающих областей остается достаточно стабильной в течение импульса, в то время как их видимый размер значительно меняется с фазой. Было обнаружено, что вариации радиуса излучающей области зрительно повторяют форму профиля импульса, что может быть обосновано зрительной геометрией.

В этом году она была посвящена памяти Михаила Николаевича Павлинского - создателя телескопа АРТ- XC, одного из двух научных инструментов обсерватории СРГ, и члена нашей лаборатории, безвременно ушедшего от нас в июле 2020 г.

В связи с эпидемией конференция прошла в онлайн формате. Члены лаборатории 502 приняли в конференции активное участие. В составе программного комитета были М. Гильфанов (председатель) и А. Лутовинов. В организационном комитете А. Лутовинов был председателем, а И. Зазнобин и А. Кирпиченкова членами. С докладами выступили А. Лутовинов, М. Гильфанов, И. Зазнобин, В. Арефьев, А. Семена, И. Мереминский, Е. Филиппова, и Ю. Поутанен.

В полной комплектации, установка поддерживает следующие технологии: монтаж кристаллов интегральных схем на клей и на эвтектику; монтаж кристаллов по технологии Flip-Chip методом оплавления в инертной среде или парах муравьиной кислоты, монтаж кристаллов по технологии Flip-Chip методом термокомпрессионной или термозвуковой сварки; монтаж кристаллов на Z-адгезивы. Благодаря модульной конструкции, FINEPLACER pico ma позволяет начать работать с минимальным набором опций, с последующим дооснащением необходимыми модулями. Данное оборудование идеально подходит для научно-исследовательских лабораторий, с учётом их потребности не в производительности, а в многообразии предоставляемых технологий.

На заседании экспертными группами Совета по грантам были рассмотрены ход и итоги реализации проектов победителей шестого конкурса на получение «мегагрантов», заявки на продление проектов, а также результаты выездных проверок лабораторий, созданных в рамках исполнения договоров о выделении «мегагрантов» победителями шестого конкурса. На основе оценки значимости достигнутых результатов и перспективности научного исследования Совет по грантам рекомендовал продлить проект «Разработка перспективных систем регистрации рентгеновского излучения для решения фундаментальных и прикладных задач исследования космического пространства», реализуемый на базе ИКИ РАН под руководством ведущего ученого Юри Поутанена, на два года. Это решение, утвержденное Министерством науки и высшего образования Российской Федерации, позволяет нам продолжить активную работу по задачам лаборатории в течение, по крайней мере, еще двух лет.

Недавнее открытие пульсирующих сверхярких источников рентгеновского излучения (ULX) показывает, что видимая светимость аккрецирующих НЗ может превышать Эддингтоновскую светимость в сотни раз. Связь между фактической и кажущейся светимостью является ключевым элементом теоретических моделей ULX, но все еще остается предметом дискуссий. Типичная особенность обнаруженных пульсирующих ULX - большая амплитуда пульсаций. Используя моделирование методом Монте-Карло, мы рассмотрели простую геометрию аккреционного потока и проверили возможность одновременного присутствия большого усиления светимости из-за геометрической коллимации и высокой амплитуды пульсаций. Мы нашли, что эти факторы в значительной степени исключают друг друга, и только незначительная часть коллимированных ULX пульсаров может показать амплитуды пульсаций выше 10%. Расхождение между этим выводом и текущими наблюдениями указывает на то, что ULX пульсары не могут быть сильно коллимированы и их видимая светимость близка к реальной.

Шкаф предназначен для обеспечения хранения высокочувствительных компонентов (детекторы рентгеновского излучения, бескорпусные полупроводниковые приборы, монолитные и гибридные интегральные схемы) в воздушной среде с относительной влажностью, не превышающей 1 %. Использование шкафа сухого хранения позволяет уберечь чувствительные компоненты от вредного воздействия влажности окружающей среды до момента их герметизации в корпусе. Шкаф имеет три независимых герметичных отделения, что обеспечивает уменьшение общего разгерметизируемого объёма при открывании дверцы и быстрейшее снижение величины влажности в данном отделении до допустимого предела. Внутри шкаф оборудован светодиодной подсветкой. Управление шкафом осуществляется с помощью сенсорной индикаторной панели в верхней части шкафа.

В двух комнатах чистового модуля установлены 13 универсальных лабораторных столов «Классик СР-18-9 ESD» и шесть полиуретановых стульев «VKG C-310/KJ200» производства ООО «ДИПОЛЬ-Производство» (Россия), торговая марка «VIKING». Для локального освещения рабочих мест использованы семь светодиодных светильников «Классик ДЛ-18/С». Вся мебель имеет антистатическое исполнение.

Инженерами лаборатории 502 успешно выполнена примерочная сборка корпуса с размещением внутри него макета детектора и подключением кабельной сети. Данный корпус предусматривает возможность заполнения сухим азотом для безопасного охлаждения детектора до рабочей температуры (-20 ℃) и может вмещать как существующий макет, так и перспективный макет многоэлементного детектора. Далее предстоит выполнить герметизацию высокочастотных соединителей компаундом и проверить герметичность корпуса.

Семинар прошел в гибридном формате, сочетающем личное присутствие с участием в формате видеоконференции.

Программа семинара:

• Лутовинов А.А О состоянии дел по проекту
• Поутанен Ю. Нейтронные звезды как лаборатории экстремальной физики
• Мереминский И. А. Рентеновские пульсары - быстрые и и медленные
• Кузнецова Е.А. Фазированная спектроскопия рентгеновского излучения магнитара SGR J1745-2900 по данным телескопа NuSTAR
• Кривченко А.В. Результаты испытаний микросхемы SDDASIC3 и разработка прототипа многоэлементного дрейфового детектора
• Общая дискуссия

Данные детекторы предназначены для регистрации рентгеновского излучения с энергетическим разрешением менее 130 эВ (полная ширина на половине высоты на линии 5.89 кэВ), что вплотную приближается к теоретическому пределу для кремниевых детекторов в 119 эВ. Размер кристалла детектора 5.00x5.00x0.45 мм. Чувствительная площадь одного детектора 5 мм2. Полученные кристаллы будут использованы для изготовления прототипа многоэлементного дрейфового детектора рентгеновского излучения. Кроме самих детекторов, фирма-изготовитель поставила кристаллы двухсторонних макетов детекторов. Макеты полностью соответствуют штатным кристаллам в части габаритных размеров, формы и расположения контактных площадок и предназначены для отработки технологии микросборки.

Данная сварочная головка используется совместно с универсальной сварочной платформой 56xx и предназначена для микросварки микроэлектронных устройств золотой проволокой, толщиной от 18 до 50 мкм, по технологиям: ball-wedge, stich-on-ball, secure-ball. Кроме того, данное оборудование позволяет выполнять операцию «набивки» золотых шаров микронных размеров на контактные площадки кристаллов полупроводниковых приборов и интегральных схем, что является одной из основных стадий технологического процесса микромонтажа Flip-Chip.

Квазипериодические осцилляции в килогерцовом диапазоне частот (кГц КПО) являются отличительной чертой переменности нейтронных звезд в маломассивных рентгеновских двойных системах. Среди всех режимов переменности они особенно интересны как зонд самых внутренних частей аккреционного потока, включая пограничный слой на поверхности нейтронной звезды. Все существующие модели кГц КПО объясняют только часть их богатой феноменологии. Мы разработали простую модель погранслоя, который раскручивается за счет аккреции быстровращающегося вещества от диска и тормозится за счет взаимодействия с нейтронной звездой. Если характерные временные масштабы передачи массы и углового момента от погранслоя к звезде одного порядка, наша модель естественным образом воспроизводит так называемый эффект параллельных треков (см. картинку), когда частота КПО коррелирует со светимостью на временных масштабах часов, но становится некоррелированной на временных масштабах дней. Статья, описывающая модель, была послана в печать в Astronomy & Astrophysics.

При исследовании недавно открытого аккрецирующего миллисекундного рентгеновского пульсара IGR J17591–2342, вспыхнувшего 21 июля 2018 г., использовался наиболее широкий набор рентгеновских инструментов, доступных на данный момент. Так, наблюдения на обсерваториях NICER, XMM-Newton, NuSTAR и INTEGRAL позволили исследовать свойства источника в диапазоне энергий от 0.3 до 300 кэВ. Профиль вспышки в жестком рентгеновском диапазоне 20-60 кэВ состоит из четырех основных пиков (см. рисунок). Во время последнего максимума в данных телескопа INTEGRAL/JEM-X была обнаружена термоядерная вспышка I типа. Предположив Эддингтоновскую светимость, нам удалось получить оценку на расстояние до системы 7.6+/-0.7 кпк. При временном анализе с использованием всех данных телескопа NICER в диапазоне энергий 1-10 кэВ мы наблюдали довольно сложное поведение с увеличением частоты пульсаций в начале, за которым следовало ее уменьшение, эпизод с постоянной частотой и заканчивая нерегулярным поведением в конце вспышки. Спектральный анализ позволил оценить радиус излучающей области 11.3±0.5 км, принимая расстояние до системы 7.6 кпк.

С 3 по 12 августа 2020 г. в представительстве (ИКИ РАН) в Республике Крым прошел выездной семинар Лаборатории фундаментальной и прикладной рентгеновской астрофизики и отдела Астрофизики высоких энергий ИКИ РАН "Актуальные направления развития детекторов рентгеновского излучения для астрофизических применений".

Тематика семинара будет включила актуальные аспекты исследования нейтронных звезд, начиная от теоретических моделей и заканчивая возможностями практического использования этих объектов для решения прикладных задач. Также состоялось обсуждение ряда других астрофизических задач (обзоры неба, поиски транзиентов, нетепловое излучение протяженных объектов). Особое внимание было уделено обсуждению технических вопросов разработки и создания перспективных рентгеновских детекторов, инструментов и телескопов, обеспечивающих решение таких задач. Помимо докладов было проведено несколько заседаний по обсуждению и решению задач телескопа ART-XC обсерватории Спектр-РГ, а также будущих проектов.

Михаил Павлинский был одним их ключевых сотрудников лаборатории, уникальным специалистом широчайшего кругозора и знаний. Его уход - гигантская потеря не только для всех нас, его коллег по лаборатории, но и для страны, для науки и конкретно для экспериментальной астрофизики. Мы глубоко скорбим о потере учителя, наставника, друга. Память о Михаиле Павлинском навсегда останется в наших сердцах.

Все работы ведутся с применением мер индивидуальной защиты персонала!

Проведена проверка работоспособности IP-блока bias_02_, отвечающего за генерирование четырёх номиналов опорных напряжений. Опорные напряжения используются для задания режима работы всех транзисторов ИС. Т.к. микросхема предназначена для работы в широком диапазоне температур, то данный блок должен иметь возможность подстройки. Подстройка осуществляется с помощью встроенного 3-х разрядного токового ЦАП. На рисунке "Опорные напряжения IP-блока bias_02_" приведена зависимость величины опорных напряжений от управляющего двоичного кода.

От величины опорных напряжений напрямую зависят токи потребления всех блоков микросхемы. На рисунке "Токи потребления IP-блоков" приведены зависимости величины токов от управляющего кода для двух полных спектрометрических каналов (TM_CH0_C и TM_CH1_C), зарядо-чувствительного усилителя (TM_CSA2_C) и усилителя-формирователя (TM_SH2_C).

Полученные данные имеют хорошее согласие с результатами SPICE-моделирования и позволяют сделать заключение о правильной работе спроектированного IP-блока bias_02_.

Оборудование установлено на усиленный стол с повышенной жёсткостью С-501 (ООО "АТМ", г. Саратов). Для обеспечения виброизоляции установки от пола, стол установлен на виброопоры MSR-200 (ООО "ГК Гидро-Гарант", г. Пушкино).

1. узел задания конфигурации;
2. узел тестирования;
3. регулируемый источник опорного напряжения;
4. регулируемый источник тока;
5. зарядо-чувствительный усилитель;
6. усилитель-формирователь;
7. пиковый детектор с устройством выборки и хранения.

Микросхема SDDASIC3 разработана ИКИ РАН и предназначена для отработки схемотехники и топологии спектрометрического тракта обработки сигналов кремниевых дрейфовых детекторов рентгеновского излучения. Микросхема изготовлена на кремниевой фабрике X-Fab (Германия) используя полупроводниковый процесс XT018 (кремний на изоляторе, 180 нм, шесть металлов, один поликремний).

Юри Поутанен Александр Лутовинов	Вступительное слово
Владимир Олейников	Технологическая прогонка, мониторинг, и настройка всех систем кондиционера чистового модуля
Василий Левин	Макет блока кремниевого дрейфового детектора
Александр Кривченко	Возможности установки микросварки F&S Bondtec
Сергей Мольков	Наблюдения рентгеновских пульсаров телескопом ART-XC в рамках отработки задач рентгеновской навигации
Андрей Погодин (ИПМ)	Разработка математических моделей автономной навигации по сигналам рентгеновских пульсаров
Юри Поутанен	Обзор статей опубликованных в 2019 г.
Николай Семена	Моделирование характеристик телескопа ART-XC
Сергей Цыганков	Наблюдения рентгеновских пульсаров
Илья Мереминский	Вариации профилей импульсов рентгеновских пульсаров
Андрей Семена	Определение магнитного поля в SXP 4.78 и изучение переменности 4U 1901
Андрей Штыковский	Статус работ по обрабоотке данных NICER
Александр Муштуков	Статистические свойства комптоновского рассеяния поляризованного излучения в магнитном поле
Александр Лутовинов Юри Поутанен	Отчет лаборатории за 2019 г., график и распределение обязанностей

Узел телеметрии Э52410007.03.00 собрано 12 шт.

Предназначен для измерения напряжений и малых токов в высоковольтных цепях. Измеряет напряжение с помощью резистивного делителя (без гальванической развязки) и меряет ток шунтовым измерителем с гальванической развязкой. Имеет один канал измерения напряжения и один канал измерения тока, которые преобразуют входные сигналы напряжения и тока в нормализованный выходной сигнал от 0 до +2,5 В. Узел разработан в четырех модификациях для работы в цепях с напряжениями до: +150 В, -150 В, +30 В, -30 В.

Узел контроля Э52410007.01.00 собрана 1 шт.

Представляет собой объединительную плату, стыкующую все узлы БКДД вместе. Предназначен для размещения в герметичном корпусе или в вакуумной камере.

Кабель PWR1 Э52410007.31.00 Зав. №1 изготовлен 1 шт.

Кабель питания для подключения БКДД к блоку управления по первому каналу.

Кабель PWR2 Э52410007.32.00 Зав. №1 изготовлен 1 шт.

Кабель питания для подключения БКДД к блоку управления по второму каналу.

Кабель CTRL Э52410007.33.00 Зав. №1 изготовлен 1 шт.

Кабель интерфейсный между узлом управления Э52410007.09.00 и узлом управления Э52410007.11.00.

Предназначен для управления термоэлектрическим модулем. Амплитуда входного сигнала управления от 0 до +2,5 В, выходного сигнала от 0 до 5 В, до 1,5 А. В узле есть встроенный измеритель тока потребления термоэлектрического модуля.

Узел управления Э52410007.09.00 собрана 1 шт.

Служит для сопряжения с управляющим одноплатным контроллером BeagleBone Black (Rev.C). Обеспечивает интерфейс контроллер-БКДД со стороны контроллера. Содержит ПЛИС типа 10M02SCE144, гальванически развязанный цифровой интерфейс с BeagleBone Black (Rev.C), цифровой интерфейс с БКДД на основе приёмопередатчиков LVDS, аналого-цифровой интерфейс с БКДД на основе широкополосного дифференциального усилителя и быстродействующего (40 МГц) 14-разрядного АЦП.

Предназначен для преобразования входных нормализованных сигналов управления от 0 до +2,5 В в выходные сигналы управления. Содержит четыре канала управления и четыре телеметрических выхода напряжения.

Узел программируемой логики Э52410007.15.00 собрана 1 шт.

Предназначен для отладки с использованием ПЛИС цифровой части ASIC. Содержит ПЛИС типа 10M02SCE144.

Узел аналого-цифровой Э52410007.13.00 собрано 3 шт.

Предназначен для преобразования нормализованных входных сигналов напряжения от 0 до +2,5 В в цифровой код, а также для выдачи аналоговых управляющих сигналов с нормализованной амплитудой от 0 до +2,5 В. Имеет 16 аналоговых телеметрических входов и 8 аналоговых выходов управления. Цифровое управление ЦАП и АЦП осуществляется по интерфейсу SPI.

Узел управления Э52410007.11.00 собрано 1 шт.

Предназначен для сопряжения с управляющим одноплатным контроллером BeagleBone Black (Rev.C). Обеспечивает интерфейс контроллер-БКДД со стороны БКДД. Содержит цифровой интерфейс на основе приёмо-передатчиков LVDS и аналоговый интерфейс на основе широкополосного дифференциального усилителя.

Узел усилителя Э52410007.29.00 собрано 1 шт.

Дискретный зарядо-чувствительный усилитель (ЗЧУ) для КДД. Необходим для настройки режима работы КДД перед проверкой ASIC.

Узел телеметрии Э52410007.23.00 собрано 1 шт.

Предназначен для измерения напряжений в низковольтных цепях без гальванической развязки. Содержит четыре канала измерителей напряжения. Выдаёт четыре выходных нормализованных сигнала от 0 до +2,5 В.

Предназначен для обеспечения нагрузки с малой ёмкостью для аналоговых выходных сигналов ASIC и подключения выхода буферов к осциллографу. Содержит четыре широкополосных буферных усилителя, способных работать на длинный кабель и нагрузку 100 Ом.

Стыкуется с шестью узлами телеметрии. Имеет три многооборотных потенциометра для задания трёх высоких напряжений и унифицированный интерфейс. Предназначен для подачи опорных напряжений на кремниевый дрейфовый детектор.

Предназначен для измерения токов и напряжений в низковольтных цепях без гальванической развязки. Содержит три канала шунтовых измерителей тока и четыре канала измерителей напряжения. Выдаёт семь выходных нормализованных сигналов от 0 до +2,5 В.

Работы по сборке узлов для макета БКДД продолжаются.

1. регулирование и техническое обслуживание микросварочных машин серии 56хх;
2. регулирование и настройка двухчастотного ультразвукового генератора типа USG-016;
3. подбор и оптимизация параметров сварки;
4. конструкция, настройка и регулирование микросварочной головки 5632 для сварки типа «клин-клин» в глубоком колодце;
5. программное обеспечение для микросварочной головки 5632, разработка программ микросварки под конкретное изделие;
6. конструкция, принцип действия и возможности дооснащения универсальной платформы 56xx микросварочными головками: 5610 (для сварки типа «шарик-клин»); 5630 (для сварки типа «клин-клин»); 5650 (для сварки типа «клин-клин» толстой проволокой); 5650HR (для сварки типа «клин-клин» толстой лентой);
7. инновационная технология тестирования качества сварных соединений BAMFIT;
8. применение тестовой головки 5600, использующей технологию BAMFIT, на машинах серии 56xx;
9. обзор сварочной платформы следующего поколения 58xx.