КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 19-12-00423

НазваниеШирокополосная переменность излучения рентгеновских источников как инструмент определения их физических параметров

РуководительЛутовинов Александр Анатольевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт космических исследований Российской академии наук, г Москва

Годы выполнения при поддержке РНФ 2019 - 2021  , продлен на 2022 - 2023. Карточка проекта продления (ссылка)

КонкурсКонкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-704 - Физика и эволюция звезд и межзвездной среды

Ключевые словарелятивистские компактные объекты, сверхплотное состояние вещества, аккреция, переменность излучения, рентгеновская астрономия

Код ГРНТИ41.17.00


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Целью настоящего проекта является разработка и последующее применение методов определения фундаментальных параметров релятивистских компактных объектов (в первую очередь нейтронных звезд), таких как радиус, масса, магнитное поле, по анализу спектральновременной переменности их яркости в широком энергетическом диапазоне и на масштабе времени от миллисекунд до нескольких лет. Для этого будут использованы большие массивы наблюдательных данных, полученных современными обсерваториями - ИНТЕГРАЛ, XMM-Newton, Chandra, Swift, NuSTAR и NICER. Кроме того, планируется оперативно проводить дополнительные наблюдения на действующих космических обсерваториях и наземных оптических телескопах. Данные будут обрабатываться с применением уникальных методик, разработанных, в том числе, участниками проекта. Основным инструментарием экспериментальной части предлагаемого проекта будет классическая спектроскопия в широком энергетическом диапазоне и фазово-разрешенная спектроскопия для когерентного излучения и Фурье-частотная спектроскопия (планируется существенное развитие этого перспективного направления исследований) как для периодических, так и для апериодических сигналов. Для интерпретации полученных экспериментальных результатов будет продолжено развитие существующих и создание новых теоретических моделей формирования излучения в окрестности релятивистских компактных объектов, позволяющих определять их (объектов) фундаментальные параметры. Таким образом, в рамках проекта планируется: 1) развить новые и модифицировать существующие методы оценки масс, радиусов магнитных полей нейтронных звезд в двойных системах; 2) определить физические и геометрические параметры целого ряда двойных систем, в том числе, получить оценки на фундаментальные параметры компактных объектов в них; 3) определить или подтвердить значения магнитных полей для большого набора нейтронных звезд; 4) исследовать свойства и механизмы формирования излучения в условиях разных темпов аккреции (от очень малых до сверхкритических) в системах с компактным объектом, и построить соответствующие модели.

Ожидаемые результаты
Результатом нашего проекта должна стать серия научных статей, обзоров и/или глав в монографиях, посвященных определению параметров релятивистских компактных объектов. Среди них: 1) Оценка величин магнитных полей у аккрецирующих нейтронных звезд. Величина и конфигурация магнитного поля нейтронных звезд является одним из ключевых параметров в моделях аккреции. Наблюдательные проявления аккреции в различных магнитных полях помогут продвинуться в исследовании вопросов развития неустойчивостей горячей плазмы в магнитном поле. Мы планируем определить или подтвердить величину магнитного поля для большого количества систем, используя как архивные данные так и данные специально организованных наблюдений. 2) Декомпозиция кривых блеска аккрецирующих рентгеновских пульсаров на фазовой плоскости на компоненты, связанные с магнитными полюсами. Предлагаемый подход и разрабатываемые методы анализа открывают “новое” измерение в определении физических параметров аккрецирующих сильнозамагниченных нейтронных звезд. Целью анализа является выделение вклада каждого из полюсов в каждом фазовом интервале. Будут также разработаны уникальные модели для интерпретации полученных данных. 3) Оценка на соотношения масс и радиусов нейтронных звезд на основе анализа изменения периодов их собственного вращения во время резкого увеличения темпа поступления вещества - вспышек излучения. В данной области уже существуют хорошо работающие теоретические модели. Однако любое новое измерение массы и радиуса нейтронных звезд дает существенный вклад для использования статистических методов оценок правдоподобия существующих теоретических моделей уравнений состояния. 4) Построение теоретических моделей и компьютерного моделирования атмосфер замагниченных нейтронных звезд , нагреваемых аккрециeй быстрых ионов. В настоящее время используются сильно упрощенные модели атмосфер (часто чисто аналитические) и построение и применение более физических моделей может привести к существенному смещению ранее полученных оценок на фундаментальные параметры нейтронных звезд. Данные модели будут использованы при интерпретации спектров рентгеновских пульсаров низкой светимости. 5) Моделирование кривых блеска рентгеновских пульсаров в терминальной стадии вспышек. Модель дисковой неустойчивости была развита несколько десятилетий назад для объяснения вспышек карликовых новых звезд и мягких рентгеновских транзиентов. Однако к нейтронным звездам с сильными магнитными полями такая теория не применялась по причине отсутствия качественных наблюдательных данных требующих интерпретации. Благодаря успешной работе обсерваторий NuSTAR (с 2012 г.) и NICER (с 2016 г.), обладающих уникальными характеристиками, стало возможным получение таких данных. Развитие теории неустойчивости в аккреционном диске рентгеновских пульсаров требует учета ряда дополнительных особенностей, например, переменности внутреннего радиуса аккреционного диска в зависимости от темпа аккреции. Теория сможет объяснить поведение источников в конце вспышки и откроет новые возможности диагностики крупномасштабных магнитных полей нейтронных звезд. 6) Пересчет критической светимости рентгеновских пульсаров с сильным магнитным полем. Имеющиеся расчеты критической светимости содержат несколько свободных параметров. В частности, свободным параметром в модели описывается поляризационный состав излучения. Данный параметр становится ключевым при магнитных полях более 1E13 Гс. Для нейтронных звезд с таким магнитным полем критическая светимость должна быть пересчитана с учетом эффектов рентгеновской поляризации. У некоторых ярких рентгеновских транзиентов наблюдаются особенности поведения, которые могут быть связаны с переходом источника через критическую светимость. Таким образом, необходим дополнительный анализ наблюдательных данных с применением уточненной теории. 7) Формирование спектра излучения сверхэддингтоновых термоядерных вспышек на поверхности слабозамагниченных нейтронных звезд в маломассивных рентгеновских двойных. В настоящее время используются упрощенные модели расширяющихся атмосфер нейтронных звезд во время мощных термоядерных вспышек. Более детальные расчеты, в частности с учетом сферичности и эффектов ОТО могут дать более точные оценки на определение такого фундаментального параметра, как радиус нейтронной звезды. 8) Определение динамических характеристик холодного аккреционного диска в рентгеновских новых по эволюции их спектров мощности. Одной из ярко выраженных особенностей спектров мощности рентгеновских новых являются разные типы квази-периодических осцилляций, проявляющихся на разных стадиях вспышки. Ряд моделей связывают данные КПО с геометрическими параметрами аккреционного течения. Эволюция параметров КПО таким образом, может давать значительную информацию о динамических характеристиках аккреционного диска, однако подобного исследования до сих пор не проводилось. Наша группа проведет поиск низкочастотных КПО в открытых данных рентгеновских миссий и корреляций скорости изменения частоты КПО с параметрами систем и вспышек. Ожидаемые результаты проекта соответствуют мировому уровню исследований в этой области науки, а в некоторых случаях будут превосходить его. Значимость ожидаемых результатов представляется очень высокой, так как они непосредственно связаны не только с решением актуальных задач астрофизики, но и важнейших проблем фундаментальной физики, связанных с поведением вещества в сверхэкстремальных условиях и уравнением его состояния при сверхвысоких плотностях.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Представлены результаты широкополосного спектрального анализа излучения транзиентного рентгеновского пульсара A 0535+262 по данным обсерватории NuSTAR, впервые полученным при очень низкой светимости ~7×10^34 эрг/с. Данные показали, что спектр источника может быть описан комбинацией двух широких компонентов с пиками в районе 5-7 кэВ и 30-50 кэВ, и, таким образом, резко отличается от классического степенного закона с завалом на высоких энергиях, наблюдаемого при более высоких светимостях. Мы также смогли точно измерить энергию циклотронной линии Ecyc=47.7+/-0.8 кэВ на столь низкой светимости, недоступной ранее для наблюдений в широком диапазоне энергий. Это позволило нам твердо исключить положительную корреляцию циклотронной энергии с темпом аккреции в этом источнике. Появление высокоэнергетической спектральной компоненты было объяснено циклотронным излучением в атмосфере, возникающим в результате столкновительного возбуждения электронов на верхние уровни Ландау и их дальнейшей рекомбинации с последующей комптонизацией фотонов перегретым электронным газом в тонком верхнем слое атмосферы нейтронной звезды. При помощи метода Монте-Карло было проведено моделирование радиационного переноса в атмосфере аккрецирующей нейтронной звезды с учетом резонансного рассеяния поляризованных рентгеновских фотонов на электронах с тепловым распределением. Показано, что форма спектра сильно зависит от поляризации в мягких рентгеновских лучах (<10 кэВ) и вблизи циклотронной особенности. Было проведено подробное исследование рентгеновского пульсара GX301-2 с использованием наблюдений обсерваторией NuSTAR в различных режимах аккреции, и в частности, во время необычного эпизода ускорения вращения, имевшего место в январе-марте 2019 года. Поскольку звездный ветер не может служить источником углового момента для значительного ускорения нейтронной звезды, считается, что такие эпизоды ускорения возникают, когда вокруг нейтронной звезды образуется транзиентный аккреционный диск. Для сравнения спектральных и временных свойств пульсара во время разных режимов аккреции (из ветра и из диска) в дополнение к нашим данным 2019 года мы воспользовались архивными данными обсерватории NuSTAR, полученными в состоянии ветровой аккреции в 2014 и 2015 годах. Сравнение спектральных свойств источника в двух состояниях не выявило существенных различий в фазово-усредненном и фазово-разрешенном спектрах, за исключением возможной корреляции циклотронной энергии со светимостью. Также было показано, что эволюция потока от источника с орбитальной фазой оставалась аналогичной той, которая обычно наблюдается у GX 301-2 вне эпизодов ускорения. На основании этого факта и отсутствия заметных изменений в наблюдаемых спектральных и временных характеристиках источника был сделан вывод, что основная доля массы, питающей наблюдаемое рентгеновское излучение, была аккрецирована непосредственно из ветра даже во время эпизода ускорения пульсаций. С другой стороны, аккреция значительного углового момента однозначно указывает на аккрецию из диска, что указывает на одновременное существование двух каналов аккреции (из ветра и транзиентного диска) во время наблюдающихся эпизодов ускорения пульсаций. Проведена детальная фазово-разрешенная и временная спектроскопия рентгеновского пульсара GRO J2058+42 во время вспышки 2019 года. Впервые в этом источнике была обнаружена линия поглощения в рентгеновском спектре и впервые, для объектов данного класса, было обнаружено, что данная особенность присутствует только на определенном узком интервале ваз вращения. Мы интерпретировали данную особенность как циклотронную линию поглощения и исходя из этого получили оценку на магнитное поле нейтронной звезды B~10^12 Гс. Более того на этой же самой фазе вращения были зарегистрированы и высшие гармоники линии. Исследован и отработан новый метод разделения независимых компонент в кривых блеска рентгеновских пульсаров с целью декомпозиционного анализа профилей импульсов рентгеновских пульсаров. Исследована апериодическая переменность в ультра-ярком пульсаре Swft J0243.6+6124 в широком диапазоне светимостей, оценено магнитное поле НЗ и показано присутствие сверхкритического аккреционного в этом объекте. Исследована зависимость поляризации излучения магнетара от ряда входных параметров модели, описывающей излучение магнетра в спокойном состоянии. Было принято, что поверхность магнетара покрыта газовой водородной оболочкой, его выходящее излучение однородно с эффективной температурой kTeff = 0.5 кэВ, а магнитное поле представляет собой скрученный соосный диполь с напряжением магнитного поля на полюсах Bp=5x10^14 Гс. Локальные спектры магнетра рассчитывались методом моделей атмосфер. Учитывался локальный наклон вектора магнитного поля к нормали атмосферы, неполная ионизация водорода в сильном магнитном поле, и эффекты поляризации вакуума. Интегральные спектры суммировались по поверхности с учетом резонансного комптоновского рассеяния на электронах магнитосферы. Показано, что степень линейной поляризации составляет от 20 до 70% в зависимости от угла наклона оси вращения к лучу зрения на энергиях 0.2 – 5 кэВ, и уменьшается при увеличении энергии фотонов. Продемонстрировано, что в начальных стадиях всех аккреционных вспышек GX 339-4 резкое падение потока в ближнем инфракрасном диапазоне происходит при примерно одинаковых частотах QPO, наблюдаемых в рентгеновском диапазоне. Нами было сделано предположение, что данное поведение может быть объяснено в рамках моделей с горячим оптически тонким потоком: в таком случае прецессия Ленсе-Тирринга потока отвечает за генерацию QPO, а широкополосный спектр формируется за счет синхротронного излучения и обратного Комптоновского нагрева синхротронных фотонов. Таким образом, в рамках этой модели, используя частоту QPO и известные параметры системы, можно выделить вклад отдельных радиальных областей горячего течения в общий спектр.

 

Публикации

1. - Необычная нейтронная звезда Журнал об инновациях и технологиях Стимул, - (год публикации - ).

2. - Необычную нейтронную звезду обнаружили российские астрофизики Научная Россия, - (год публикации - ).

3. - У нейтронной звезды нашли странное магнитное поле Indicator.ru, - (год публикации - ).

4. - Звезда с намагниченным бочком polit.ru, - (год публикации - ).

5. - Российские астрофизики обнаружили нейтронную звезду с необычной структурой магнитного поля Пресс-служба МФТИ, - (год публикации - ).

6. А. Набизадех, Ю. Монкконен, С. Цыганков, В. Дорошенко, С. Мольков, Ю. Поутанен NuSTAR observations of wind-fed X-ray pulsar GX 301-2 during unusual spin-up event Astronomy & Astrophysics, - (год публикации - 2019).

7. Дорошенко В., Жанг С., Сантанжело А., Жи Л., Цыганков С., Муштуков А., и др. Hot disc of the Swift J0243.6+6124 revealed by Insight-HXMT Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 491, Issue 2, Pages 1857–1867 (год публикации - 2020).

8. С. Мольков, А. Лутовинов, С.Цыганков, И. Мереминский, А. Муштуков Discovery of a Pulse-phase-transient Cyclotron Line in the X-Ray pulsar GRO J2058+42 The Astrophysical Journal Letters, - (год публикации - 2019).

9. С. Цыганков, В. Дорошенко, В. Сулейманов, А. Лутовинов, А. Муштуков, Ю. Поутанен Cyclotron emission, absorption, and the two faces of X-ray pulsar A 0535+262 Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, - (год публикации - 2019).

10. Ю. Жанг, М. Ге, Л. Сонг, Ш. Жанг, Ж. Ку, Ш. Жанг, В. Дорошенко, ... Insight-HXMT Observations of Swift J0243.6+6124 during Its 2017-2018 Outburst The Astrophysical Journal, - (год публикации - 2019).


Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Получены и подробно проанализированы большие объемы наблюдательных данных, полученных во время мощной вспышки излучения от транзиентного пульсара 4U1901+03 в 2019 г. В частности, нами были использованы данные обсерваторий Insight-HXMT, NICER, Swift и Fermi. Благодаря плотному графику наблюдений пульсара, удалось проследить эволюцию периода вращения нейтронной звезды на протяжении нескольких орбитальных периодов. Используя полный набор наблюдательных данных, нам удалось зарегистрировать доплеровский сдвиг периода, связанный с движением нейтронной звезды в двойной системе, и улучшить орбитальные параметры системы. Анализируя данные обсерваторий Insight-HXMT и NICER, полученные во время той же вспышки излучения пульсара, нами были обнаружены десятки коротких всплесков излучения от источника. Мы обнаружили, что вспышки продолжительностью от десятков до сотен секунд, как правило, в ∼1.5 раза ярче, чем постоянное излучение от источника. Форма профиля импульса во время вспышек также существенно отличается от формы профиля импульса постоянного излучения. В частности, во многих случаях четко наблюдается фазовый сдвиг. Мы интерпретировали эти результаты как прямое свидетельство изменений диаграммы направленности излучения из-за переходов между до- и сверх-критическими режимами аккреции, происходящих на коротких временных масштабах. Также было замечено, что при сопоставимой светимости профили импульсов во всплесках очень похожи на профили постоянного излучения. Это указывает на то, что структура полярных шапок нейтронной звезды определяется светимостью, то есть темпом аккреции, вне зависимости от вспышечной активности. На основании зависимости вариаций формы профиля импульса от светимости была определена критическая светимость (Lc) между двумя режимами аккреции около 10^{37} эрг/с. Было проведены наблюдения малоизученного транзиентного пульсара Swift J1845.7-0037 с использованием обсерваторий Swift и NuSTAR. Исследован рентгеновский спектр объекта и получены оценки магнитного поля нейтронной звезды и расстояния до системы. Были проведены наблюдения «вспыхивающего пульсара» GRO J1744-28 в спокойном состоянии с помощью XMM-Newton, уточнена локализация объекта и оптический компаньон нейтронной звезды, и расстояние до объекта. В ходе анализа было установлено что более ранние оценки светимости, соответствующей переходу пульсара в режим «пропеллера» не верны, и реальная светимость по меньшей мере на два порядка меньше. Данный результат согласуется с независимыми оценками радиуса магнитосферы, полученными во время вспышки источника и указывает на наличие сильной мультипольной компоненты магнитного поля. Наконец, проведено моделирование рентгеновского спектра пульсара с помощью моделей разогретых атмосфер, разработанными в нашей группе. В рамках работ по декомпозиционному анализу профилей импульса рентгеновских пульсаров проведен анализ двух источников Swift J0243.6+6124 и Her X-1 с целью прямого сравнения нашего метода с результатами, полученными группой У. Краус (Германия) с использованием архивных данных обсерватории RXTE. Было продемонстрировано, что метод независимых компонент (NMF) дает наиболее устойчивые, ассиметричные решения, что подтверждает ранее сделанный вывод о том, что основное допущение метода, предложенного группой У. Краус, не выполняется. Мы исследовали свойства апериодической переменности в рентгеновском пульсаре V0332+53 при разных темпах аккреции и предложили теоретическую модель, которая может объяснить наблюдаемые свойства переменности, и в частности неожиданно высокую частоту низкочастотного слома в спектре мощности. Мы показали, что в случае протяженных аккреционных дисков, в аккреционном потоке развивается тепловая неустойчивость, в результате которой диск эффективно разделяется на три области: (1) стабильно холодную внешнюю зону, (2) зону, где диск попеременно существует то в горячем, то в холодном состоянии, и (3) внутреннюю стабильно горячую зону. Мы полагаем, что апериодическая переменность генерируется только во внутренней горячей зоне диска и на основании этого предположения численно моделируем спектр наблюдаемый спектр мощности. Мы применили разработанную ранее численную модель переноса излучения в магнитной атмосфере к транзиентному рентгеновскому пульсару A0535+262 в его экстремально низком состоянии светимости. Мы смогли воспроизвести наблюдаемый энергетический спектр в рентгеновском диапазоне. В результате нам удалось подтвердить общую теоретическую модель формирования спектра в низких состояниях светимости. Завершен анализ данных квази-одновременных наблюдений транзиентного пульсара GROJ1008-57, проведенных телескопом ART-XC обсерватории Спектр-РГ и обсерваторией NuSTAR. Впервые от источника обнаружены пульсации излучения при столь низких светимостях (~10^{34} эрг/с) и измерена доля пульсирующего излучения, которая оказалась в несколько раз ниже наблюдаемой в высоком состоянии. Анализ рентгеновских спектров аккрецирующих пульсаров в низком состоянии показал удивительное сходство со спектрами магнитаров в связи с чем было проведено дополнительное исследование природы рентгеновского излучения магнитаров. Было проведено сравнительное количественное исследование наблюдаемой переменности от достоверно аккрецирующих, достоверно не аккрецирующих объектов и магнитаров. В результате было установлено что наблюдаемая переменность магнитаров с высокой достоверностью согласуется с гипотезой что данные объекты не являются аккрецирующими. Проведено моделирование профилей импульса, степени поляризации, и величины поляризационного угла в зависимости от фазы вращения для моделей двух наиболее ярких магнетаров, 1RXS J170849.0−400910 и 4U 0142+61, планируемых к наблюдению рентгеновской поляризационной обсерваторией IXPE. В качестве модели магнетара рассматривалась нейтронная звезда со скрученным дипольным магнитным полем напряженностью 5х10^{14} Гс на полюсах. Расчеты выполнены для трех моделей излучающей поверхности: черного тела со 100% линейной поляризацией, моделей магнитных водородных атмосфер, и конденсированной магнитной поверхности. Показано, что для выяснения природы излучающей поверхности нейтронных звезд в магнетарах и наличия эффектов поляризации вакуума необходимо время накопления сигнала длительностью 250 – 500 тысяч секунд. Написана обзорная работа, суммирующая результаты исследований катаклизмических и симбиотических переменных звезд, выполненных по данным рентгеновской обсерватории INTEGRAL. Получен единый набор данных по результатам исследований магнитных катаклизмических переменных звезд, в частности, температуры оптически тонкой излучающей плазмы, спектрами которой чаще всего аппроксимировались наблюдаемые спектры объектов, и массы 14 БК полученных с помощью сетки спектров моделей аккреционных колонок. Выведена связь между этими параметрами, позволившая оценить массы еще семи БК по температуре излучающей плазмы. Выполнены определения масс 26 БК в магнитных катаклизмических переменных по данным рентгеновской обсерватории NuSTAR с использованием новой сетки теоретических спектров аккреционных колонок. Средняя масса БК в них оказалась равной 0.77+/- 0.2 масс Солнца. На примере известной черной дыры GX339-4 продемонстрировано, что модель локального формирования рентгеновского (за счет обратного комптоновского механизма) и инфракрасного излучения (за счет синхротронного механизма) в горячем течении согласуется с наблюдаемой антикорреляцией рентгеновского и инфракрасного потока в моменты перехода от жесткого к мягкому состоянии, как в начале, так и в конце вспышек. Более того, модель формирования квазипериодических осцилляций, связывающих их частоту с внешним размером горячего течения хорошо согласуется с наблюдаемым подавлением инфракрасного потока. Проведены наблюдения нескольких новых транзиентных источников, обнаруженных телескопом ART-XC им.М.Н.Павлинского обсерватории Спектр-РГ, в разных диапазонах длин волн с помощью наземных и космических обсерваторий с целью измерения спектральных и временных характеристик этих источников, поиска возможных переменностей и установления их природы. Подготовлены и поданы заявки на наблюдения транзиентных объектов, обнаруженных телескопом ART-XC, наземными телескопами и космическими обсерваториями. В 2020 г. опубликовано 9 статей.

 

Публикации

1. Джи Л., Дуччи Л., Сантанжело А., Жанг С., Сулейманов В., Цыганков С., Дорошенко В., и др. Switches between accretion structures during flares in 4U 1901+03 Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 493, Issue 4, pp.5680-5692 (год публикации - 2020).

2. Дорошенко В., Сантанжело А., Сулеиманов В., Цыганков С.С. An observational argument against accretion in magnetars Astronomy & Astrophysics, Volume 643, id.A173, 4 pp. (год публикации - 2020).

3. Дорошенко В., Сулеиманов В., Цыганков С., Монкконен Ю., Джи Л., Сантанжело А. Observations of GRO J1744-28 in quiescence with XMM-Newton Astronomy & Astrophysics, Volume 643, id.A62, 9 pp. (год публикации - 2020).

4. Дорошенко В., Цыганков С.С., Лонг Ж., Сантанжело А., Мольков С.В., Лутовинов А.А., Конг Л.Д., Жанг С. First characterization of Swift J1845.7-0037 with NuSTAR Astronomy & Astrophysics, Volume 634, id.A89, 6 pp. (год публикации - 2020).

5. Кречмар П., Фюрст Ф., Сидоли Л., Боццо Е., и др. Advances in Understanding High-Mass X-ray Binaries with INTEGRALand Future Directions New Astronomy Reviews, Volume 86, article id. 101546 (год публикации - 2019).

6. Лутовинов А.А., Сулейманов В., Мануэль Луна Г. Х., Сазонов С., Мартино Д., Дуччи Л., Дорошенко В., Фаланга М. INTEGRAL View on cataclysmic variables and symbiotic binaries New Astronomy Reviews, Volume 91, article id. 101547 (год публикации - 2020).

7. Таверна Р., Туролла Р., Сулейманов В., Потехин А., Зане С. X-ray spectra and polarization from magnetar candidates Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 492, Issue 4, p.5057-5074 (год публикации - 2020).

8. Туо Ю., Джи Л., Цыганков С.С., Михара Т., Сонг Л., и др. Insight-HXMT insight into switch of the accretion mode: The case of the X-ray pulsar 4U 1901+03 Journal of High Energy Astrophysics, Volume 27, p. 38-43 (год публикации - 2020).

9. Шоу А., Хейнке К., Мукаи К., Томсик Д., Дорошенко В., Сулейманов В., и др. Measuring the masses of magnetic white dwarfs: a NuSTAR legacy survey Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 498, Issue 3, pp.3457-3469 (год публикации - 2020).


Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Получены и подробно проанализированы большие объемы наблюдательных данных, полученных во время мощной вспышки излучения от малоизученного транзиентного пульсара XTE J1858+034 в 2019 г. В результате была открыта спектральная особенность на энергии около 48 кэВ, которая была интерпретирована как линия циклотронного поглощения, как в усредненном по фазе, так и в фазово-разрешенном спектрах источника. Точная рентгеновская локализация источника с помощью обсерваторий NuSTAR и Chandra позволила точно определить положение источника рентгеновского излучения и идентифицировать оптического компаньона пульсара. Анализ свойств звезды-компаньона показал, что система, скорее всего, является симбиотической двойной системой, в которой размещены нейтронная звезда и звезда позднего класса K-M, а не Be, как предполагалось ранее. Изучены свойства транзиентного рентгеновского пульсара GRO J1008−57 в наиболее низком по светимости состоянии в широком диапазоне энергий. Наблюдения проводились квазиодновременно с телескопом им. Михаила Павлинского ART-XC на борту SRG и обсерваторией NuSTAR непосредственно перед началом вспышки I типа. GRO J1008-57 был обнаружен в состоянии с самой низкой наблюдаемой светимостью около нескольких x 10^{34} эрг/с и, следовательно, аккрецией от холодного диска. Временной анализ позволил впервые достоверно обнаружить пульсации в этом состоянии. Однако наблюдаемая доля импульсов около 20% оказалась почти в три раза ниже, чем в более ярких состояниях, когда аккреция происходит через стандартный диск. Мы проследили эволюцию широкополосного спектра источника на масштабе трех порядков по светимости и обнаружили, что при самых низких светимостях спектр трансформируется в двугорбую структуру, как и у других рентгеновских пульсаров, аккрецирующих при низкой светимости (X Persei, GX 304–1, A 0535 + 262), подтверждающий вывод о том, что такая форма спектра типична для этих объектов. Проведен спектральный и временной анализ излучения транзиентного рентгеновского пульсара XTE J1946+274 на основе одновременных наблюдений NuSTAR и Swift/XRT в широком диапазоне энергий 0.3–79 кэВ, проведенных во время яркой вспышки в 2018 г. Наш спектральный анализ подтвердил наличие линии циклотронного поглощения с энергией ~38 кэВ как в усредненных, так и в фазово-разрешенных спектрах источника. Фазовая спектроскопия также позволила изучить изменение спектральных параметров в зависимости от фазы вращения нейтронной звезды, период которого составляет ~ 15.755 с. Показано, что энергия циклотронной линии существенно изменяется (от ~34 до ~39 кэВ) на масштабе импульса, при этом ширина линии и оптическая толщина также изменяются. Наблюдаемое поведение параметров циклотронной линии можно интерпретировать в рамках модели отражения излучения от небольшой аккреционной колонки (светимость источника на момент его наблюдений составляла ∼3×1037 эрг/с). Было обнаружено, что эквивалентная ширина линии железа также значительно изменяется с изменением фазы импульса. Задержка между профилем импулься и профилем эквивалентной ширины может быть объяснена отражением излучения нейтронной звезды от внешних областей аккреционного диска. Благодаря совместной работе нескольких рентгеновских обсерваторий удалось обнаружить циклотронную линию поглощения в спектре аккрецирующего рентгеновского пульсара Swift J1626.6-5156 на энергии 4.9 кэВ и три ее высшие гармоники. Это делает этот объект пульсаром с самым слабым магнитным полем (4х10^{11} Гаусс) из известных на сегодняшний день. Интересно, что фундаментальная циклотронная линия слабо детектируется в среднем энергетическом спектре и достоверно подтвердить ее существование удалось только в фазово-разрешенных спектрах, что очередной раз показало эффективность данного метода спектрально-временного анализа, широко применяемого в рамках проекта. Это открытие позволит проверить теоретические модели излучения и поляризации рентгеновских пульсаров. В обзоре всего неба ART-XC были открыты два новых рентгеновских транзиента, оказавшиеся долгопериодическими рентгеновскими пульсарами в двойных системах с Be звездами. SRGA J204318.2+443815 был обнаружен во время второго обзора неба телескопом ART-XC им. М.Н.Павлинского на борту миссии СРГ. Последующие наблюдения на обсерваториях XMM-Newton, NICER и NuSTAR позволили нам обнаружить сильный когерентный сигнал в кривой блеска источника с периодом ∼ 742 с. Установлено, что доля пульсирующего излучения зависит от энергии, возрастающей от ~20% в мягком рентгеновском диапазоне до >50% на высоких энергиях, что характерно для рентгеновских пульсаров. Источник демонстрирует достаточно жесткий спектр с экспоненциальным завалом на высоких энергиях и болометрической светимостью L≃ 4х10^{35} эрг/с. Специальные оптические и инфракрасные наблюдения на телескопах RTT-150, NOT, Keck и Palomar позволили выявить ряд эмиссионных линий (серии Hα, He I, Pashen и Braket) с сильно поглощенным континуумом. Все вышесказанное позволяет предположить, что SRGA J204318.2+443815 / SRGe J204319.0+443820 - новый постоянный рентгеновский пульсар низкой светимости в далекой двойной системе с Be-звездой класса B0-B2e. В ходе третьего обзора неба, в январе 2021 года был открыт новый рентгеновский транзиент SRGA J124404.1−632232/SRGU J124403.8−632231. Оптическая спектроскопия, выполненная на 10м телескопе SALT Южноафриканской астрономической обсерватории показала наличие в спектре уширённой линии Hα, что указывает на присутствие в системе Be-звезды с декреционным диском. Дальнейшие наблюдения на обсерватории NuSTAR позволили определить период вращения нейтронной звезды: ∼538.5 с. Таким образом SRGA J124404.1−632232 также оказался BeXRB с низкой светимостью L≃ 10^{35} эрг/с, и медленно вращающейся нейтронной звездой. Анализ наблюдений обсерваториями NuSTAR/Chandra/Swift слабоизученного магнитара SGR 0755−2933 позволил установить, что изначальная ассоциация этого объекта с источником SXPS J075542.5−293353 в литературе является ложной и последний объект на самом деле является новой рентгеновской двойной системой с орбитальным периодом порядка 260 дней (вероятно, с Be компаньоном). Данный вывод сделан на основе комплексного анализа свойств апериодической и периодической переменности SXPS J075542.5−293353 по данным NuSTAR/Swift, и рентгеновского спектра в широком диапазоне временных шкал и энергий по данным NuSTAR/Chandra, а уточненных координат рентгеновского источника по данным Chandra которые позволили однозначно отождествить оптический компонент данной системы. Были завершены работы по разработке метода декомпозиции профилей импульса рентгеновских пульсаров на компоненты, связанные с аккрецией на каждый из двух магнитных полюсов НЗ на основе анализа их апериодической переменности. Было установлено что оптимальным методом для подобного анализа является метод неотрицательного матричного разложения и определены границы применимости данного метода, в частности минимальное число фотонов от источника в единицу времени как функция периода пульсаций и длительности наблюдения (требуется порядка 50xN отсчетов на временной шкале порядка периода пульсара, где N число интересующих нас фазовых интервалов). Была также решена проблема, связанная с неточной реконструкцией относительной амплитуды компонент, которая может быть восстановлена путем прямого сравнения корреляционных матриц, полученных из симуляций и реальных данных. Метод был применен к анализу профилей импульса пульсара Cen X-3. Проведя статистический анализ на основе моделирования формирования профилей пульса ярких рентгеновских пульсаров, мы выяснили, что оценка светимости ярких рентгеновских пульсара по стандартному методу редко приводит к ошибке более, чем в 2 раза. При этом вероятная ошибка тем больше, чем больше высота аккреционной колонки над поверхность нейтронной звезды. Если высота колонки не превышает половины радиуса звезды, ожидаемые ошибки находятся в пределах 40%. Мы показали, что чувствительной к геометрии системы оказывается ожидаемая доля пульсирующего излучения, которая статистически меняет свое поведение, как только высота колонки становится достаточно большой, чтобы нейтронная звезда была неспособна ее затмить. Ранее мы уже предполагали такое поведение доли пульсирующего излучения с ростом колонки, но только сейчас удалось получить надежное статистическое подтверждение. Нами был разработан код переноса излучения в аккреционном канале над поверхностью нейтронной звезды. Нам удалось существенно усовершенствовать рассчет давления излучения в канале. C помощью разработанной численной модели удается уточнить критическую светимость пульсаров со сверхсильными магнитными полями. Предварительно мы можем заключить, что в торможении вещества над поверхностью нейтронной звезды существенную роль играют резонансы и механизм Ферми передачи импульса от излучения падающему веществу. На основе данных о жестком рентгеновском излучении (14-195 кэВ) катаклизмических переменных звезд, опубликованных в текущем каталоге телескопа Swift/BAT, и расстояниях до них, опубликованных в eDR3 астрометрической обсерватории Gaia, построена более точная функция светимости этих объектов, и исследованы базовые характеристики магнитных катаклизмических переменных в этой выборке. При построении функции светимости было принято в расчет 80 источников и использована модель распределения плотности в тонком диске Галактики, учитывающая как экспоненциальные распределения плотности поперек плоскости Галактики и вдоль ее радиуса, так и центральную депрессию. Функция светимости как зависимость плотности числа источников от светимости dN/d(lg L) (MSun^{-1}), имеет в целом степенной вид с пoказателем степени ~ -1.3, тогда как зависимость плотности светимости от светимости LdN/d(lg L) (эрг/с MSun^{-1}) в целом плоская с двумя локальными максимумами при светимостях L =6x10^{31} эрг/с и 3x10^{33} эрг/с. Интегральная плотность катаклизмических переменных звезд, излучающих в жестком рентгеновском диапазоне спектра оказалась равной ro= (7.5 \pm 3.3) x10^{-6} MSun^{-1}, а интегральная плотность светимости ro_L= (5.8 \pm 2.2) x10^{26} эрг/с MSun^{-1}. Таким образом, ожидаемое общее количество таких источников в Галактике около 200 000 штук, а их суммарная светимость около 1.5x10^{37} эрг/с. Жесткие спектры 67 магнитных катаклизмических переменных были аппроксимированы теоретическими спектрами аккреционных колонок на поверхности белых карликов и оценить массы последних в этих системах. Получена средняя масса белого карлика в выборке, <M_WD> = 0.8 \pm 0.2 МSun . Для магнитных систем с наиболее надежно определенными массами и светимостями (35 промежуточных поляров и два поляра) получены надежные оценке темпа аккреции. Показано, что в большинстве промежуточных поляров темп аккреции заключен в интервале 10^{-8} – 10^{-9} MSun/год и отсутствует ожидаемое из эволюционных моделей увеличение темпа аккреции при увеличении орбитального периода систем. По той же выборке промежуточных поляров оценена напряженность магнитного поля на поверхности белых карликов в них, <lg B(Гс)> = 6.6 \pm 0.4. Опубликована статья об открытии и исследовании нового рентгеновского микроквазара AT2019wey/SRGA J043520.9+552226 по данным наблюдений нескольких рентгеновских и оптических обсерваторий. Показана аномально слабая связь между оптическим и рентгеновским излучением в системе, обнаружены низкочастотные КПО на ранней стадии вспышки. Исследована переменность жесткой части рентгеновского спектра (>10 кэВ). По данным оптической спектрометрии удалось обнаружить в спектре Боуэновскую бленду, что говорит о том, что в системе наблюдается значительное облучение звезды-донора УФ-рентгеновским излучением, рождающемся вблизи черной дыры. Подготовлены заявки на космические рентгеновские обсерватории для наблюдения перехода одного из транзиентных рентгеновских пульсаров в режим пропеллера с высоким временным разрешением (в режиме «реального времени»). Обнаружен потенциальный объект, GRO J1750-27, вошедший в яркую вспышку в конце 2021 года. Запланированные наблюдения ожидаются в начале 2022 года. Подготовлены и поданы заявки на наблюдения транзиентных объектов, обнаруженных телескопом ART-XC, наземными телескопами и космическими обсерваториями. Опубликовано 12 статей, а также один пресс-релиз.

 

Публикации

1. - Измерено самое слабое магнитное поле в рентгеновских пульсарах Пресс-центр ИКИ РАН, - (год публикации - ).

2. - Измерено самое слабое магнитное поле в рентгеновских пульсарах Новости РНФ, - (год публикации - ).

3. - Найден рентгеновский пульсар с самым слабым магнитным полем Новостной портал NEWSTES, - (год публикации - ).

4. - Измерено самое слабое магнитное поле в рентгеновских пульсарах Новости РАН, - (год публикации - ).

5. Горбан А.С., Мольков С.В., Цыганков С.С., Лутовинов А.А. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕНТГЕНОВСКОГО ПУЛЬСАРА XTE J1946+274 ПО ДАННЫМ ОБСЕРВАТОРИИ NuSTAR Письма в Астрономический Журнал, Письма в Астрономический журнал, 2021, T. 47, № 6, стр. 416-427 (год публикации - 2021).

6. Джи Л., Дорошенко В., Сулейманов В., Сантанджело А., ... X-ray reprocessing in accreting pulsar GX 301-2 observed with Insight-HXMT Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 501, Issue 2, pp.2522-2530 (год публикации - 2021).

7. Дорошенко В., Сантанджело А., Цыганков С. С., Джи Л. SGR 0755-2933: a new high-mass X-ray binary with the wrong name Astronomy & Astrophysics, Astronomy & Astrophysics, Volume 647, id.A165, 6 pp. (год публикации - 2021).

8. Дорошенко В., Штауберт Р., Майтра К., Рау А., Хаберл Ф., Сантанджело А., Швоп А., Вильмс Й., Бакли Д.А.Х., Семена А., Мереминский И., Лутовинов А., Громадски М. , Таунсенд L.J., Монагенг И.М. SRGAJ124404.1-632232/SRGU J124403.8-632231: New X-ray pulsar discovered in the all-sky survey by the SRG Astronomy & Astrophysics, Спецвыпуск "The Early Data Release of eROSITA and Mikhail Pavlinsky ART-XC on the SRG mission" (год публикации - 2021).

9. Лутовинов А., Цыганков С., Мольков С., Дорошенко В., Муштуков А., Арефьев В., Лапшов И., Ткаченко А., Павлинский М. SRG/ART-XC and NuSTAR Observations of the X-Ray pulsar GRO J1008-57 in the Lowest Luminosity State The Astrophysical Journal, The Astrophysical Journal, Volume 912, Issue 1, id.17, 6 pp. (год публикации - 2021).

10. Лутовинов А.А., Цыганков С.С., Мереминский И.А., Мольков С.В., Семена А.Н., Арефьев В.А., Бикмаев И.Ф., Дюпвик А.А., Гильфанов М.Р., Карасев Д.И., ... SRG/ART-XC discovery of SRGA J204318.2+443815: towards the complete population of faint X-ray pulsars Astronomy & Astrophysics, Спецвыпуск "The Early Data Release of eROSITA and Mikhail Pavlinsky ART-XC on the SRG mission" (год публикации - 2021).

11. Малакария C., Кречмар П., Мэдсен К. К., Уилсон-Ходж К. А., Коли Джоэл Б., Дженке П., Лутовинов А. А., Потшмидт К., Цыганков С. С., Вильмс Й. The X-Ray Pulsar XTE J1858+034 Observed with NuSTAR and Fermi/GBM: Spectral and Timing Characterization plus a Cyclotron Line The Astrophysical Journal, The Astrophysical Journal, Volume 909, Issue 2, id.153, 7 pp. (год публикации - 2021).

12. Мереминский И.А., Додин А.В., Лутовинов А.А., Семена А.Н., Арефьев В.А., Атапин К.Е., Белинский А.А., Буренин Р.А., Бурлак М.В., Еселевич М.В., Федотьева А.А., Гильфанов М.Р., ... Peculiar X-ray transient SRGA J043520.9+552226/AT2019wey discovered with SRG/ART-XC Astronomy & Astrophysics, Спецвыпуск "The Early Data Release of eROSITA and Mikhail Pavlinsky ART-XC on the SRG mission" (год публикации - 2021).

13. Мольков С., Дорошенко В., Лутовинов А., Цыганков С., Сантанжело А., Мереминский И., Семена А. Discovery of the 5 keV Cyclotron Line Followed by Three Harmonics in Swift J1626.6-5156 The Astrophysical Journal Letters, The Astrophysical Journal Letters, Volume 915, Issue 2, id.L27, 8 pp. (год публикации - 2021).

14. Муштуков А.А., Сулейманов В.Ф., Цыганков С.С., Португиз З.С. Spectrum formation in X-ray pulsars at very low mass accretion rate: Monte Carlo approach Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 503, Issue 4, pp.5193-5203 (год публикации - 2021).

15. Семена А. Н., Мереминский И. А., Арефьев В. А., Лутовинов А. А. GX 339-4: СОГЛАСУЕТСЯ ЛИ МОДЕЛЬ ПРЕЦЕССИИ ГОРЯЧЕГО ТЕЧЕНИЯ С ИНФРАКРАСНОЙ ПЕРЕМЕННОСТЬЮ В МАЛОМАССИВНЫХ РЕНТГЕНОВСКИХ ДВОЙНЫХ СИСТЕМАХ? Письма в Астрономический Журнал, т. 47, с.8 94-901 (год публикации - 2021).

16. Цыганков С. С., Лутовинов А. А., Мольков С. В., Дюпвик А. А., Карасев Д. И., Дорошенко В., Муштуков А. А., Малaкария К., Кречмар П., Поутанен Ю. X-Ray Pulsar XTE J1858+034: Discovery of the Cyclotron Line and the Revised Optical Identification The Astrophysical Journal, The Astrophysical Journal, Volume 909, Issue 2, id.154, 10 pp. (год публикации - 2021).


Возможность практического использования результатов
не указано