Балістичні та дифузійні компоненти динамічних спектрів космічних променів надвисоких енергій від близьких транзієнтних джерел

1Федоров, ЮІ, 2Гнатик, РБ, 2Гнатик, БІ, 1Колесник, ЮЛ, 1Шахов, БО, 2Жданов, ВІ
1Головна астрономічна обсерваторія Національної академії наук України, Київ, Україна
2Астрономічна обсерваторія Київського національного університету імені Тараса Шевченка, Київ, Україна
Рубрика: Космічна фізика
Мова: російська
Анотація: 

Космічні промені надвисоких енергій (КПНВЕ, E > 1018 еВ) від позагалактичних джерел відхиляються у міжгалактичному і галактичному магнітних полях, що зумовлює дифузійний характер їхнього поширення, ізотропізацію їхнього сумарного потоку і відсутність кластерів КПНВЕ, пов'язаних з окремими джерелами. Космічні промені гранично високих енергій (E > 1019.7 еВ) розсіюються переважно на локалізованих замагнічених структурах: скупченнях галактик, філаментах тощо з вільним пробігом порядку десятків Мпк, тому у випадку близьких транзієнтних джерел у спостережуваному потоці очікується істотний внесок нерозсіяних і слабкорозсіяних частинок, що може бути визначальним в ототожненні таких джерел. У роботі пропонується метод розрахунку часової еволюції енергетичних спектрів КПНВЕ на основі аналітичних розв'язків рівняння переносу з явним виділенням вкладу розсіяних і нерозсіяних частинок. Як приклад розглянуто випадки транзієнтної активності ядра найближчої активної галактики Центавр А і прискорення КПНВЕ молодим мілісекунд-ним пульсаром.

Ключові слова: еволюція енергетичних спектрів, Космічні промені надвисоких енергій, транзієнтні джерела
References: 

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