УДК 524.354.4
ГИГАНТСКАЯ ВСПЫШКА В SGR 1806-20 И ЕЕ КОМПТОНОВСКОЕ ОТРАЖЕНИЕ ОТ ЛУНЫ
© 2007 г. Д. Д. Фредерике1, С. В. Голенецкий1, В. Д. Пальшин1, Р. Л. Аптекарь1*, В. Н. Ильинский1, Ф. П. Олейник1, Е. П. Мазец1, Т. Л. Клайн2
1 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург 2Годдардовский центр космических полетов НАСА, Гринбелт, США
Поступила в редакцию 17.08.2006 г.
Анализируются данные, полученные при регистрации 27 декабря 2004 г. гигантской вспышки в SGR 1806—20 гамма-спектрометром Конуса-Винд. По своему виду вспышка аналогична двум известным вспышкам в SGR 0526—66 и SGR 1900+14, существенно превосходя их по интенсивности. Огромный поток рентгеновского и гамма-излучения в узком начальном импульсе вспышки приводит к практически мгновенному глубокому насыщению гамма-детекторов, что исключает возможность непосредственного измерения интенсивности, временного хода и энергетического спектра начального импульса. В этой ситуации исключительно благоприятным обстоятельством явилась регистрация гамма-спектрометром Геликон на спутнике Коронас-Ф ослабленного сигнала комптоновского обратного рассеяния излучения начального импульса Луной. Обработка этого сигнала позволила получить наиболее надежно временные, энергетические и спектральные характеристики импульса. По данным Конус-Винд определены временные и спектральные характеристики пульсирующего хвоста вспышки. Обнаружено, что его мягкие спектры содержат также жесткую степенную компоненту, простирающуюся до 10 МэВ. В диапазоне до 1 МэВ прослеживается слабое послесвечение SGR 1806—20, спадающее на протяжении нескольких часов. Рассмотрена также общая картина активности SGR 1806—20 в испускании повторных всплесков до и после гигантской вспышки.
Ключевые слова: нейтронные звезды, вспышки, гамма-лучи, комптоновское рассеяние.
GIANT OUTBURST IN SGR 1806-20 AND ITS COMPTON REFLECTION FROM THE MOON, by D. D. Frederiks, S. V. Golenetskii, V. D. Palshin, R. L. Aptekar, V. N. Ilyinskii, F. P. Oleinik, E. P. Mazets, and T. L. Cline. We analyze the data obtained when the Konus-Wind gamma-ray spectrometer detected a giant outburst in SGR 1806-20 on December 27, 2004. The outburst is similar in appearance to the two known outbursts in SGR 0526-66 and SGR 1900+14 while exceeding them significantly in intensity. The enormous X-ray and gamma-ray flux in the narrow initial pulse of the outburst leads to almost instantaneous deep saturation of the gamma-ray detectors, ruling out the possibility of directly measuring the intensity, time profile, and energy spectrum of the initial pulse. In this situation, the detection of an attenuated signal of inverse Compton scattering of the initial pulse emission by the Moon with the Helicon gamma-ray spectrometer onboard the Coronas-F satellite was an extremely favorable circumstance. Analysis of this signal has yielded the most reliable time, energy, and spectral characteristics of the pulse. The time and spectral characteristics of the pulsating tail of the outburst have been determined from Konus-Wind data. Its soft spectra have been found to contain also a hard power-law component extending to 10 MeV. A weak afterglow of SGR 1806-20 that decays over several hours is traceable in the range up to 1 MeV We also consider the overall picture of activity of SGR 1806-20 in the emission of recurrent bursts before and after the giant outburst.
PACS numbers: 97.60.Jd; 98.70.Rz; 95.85.Pw; 95.30.Jx
Key words: neutron stars, outbursts, gamma rays, Compton scattering.
* Электронный адрес: aptekar@mail.ioffe.ru
ВВЕДЕНИЕ
Первые два мягких гамма-репитера SGR 0526—66 (Мазец и др., 1979a; Голенецкий и др., 1984) и SGR 1900+14 (Мазец и др., 19796) были открыты и локализованы в марте 1979 г. В 1983 г. обнаружен третий SGR 1806—20 (Аттея и др., 1987; Ларос и др., 1987). И только в 1998 г. был открыт четвертый SGR 1627—41 (Вудс и др., 1999). Ситуация с возможным пятым SGR 1801—23 (Клайн и др., 2000) вызывает некоторый скептицизм, поскольку из этого источника было зарегистрировано всего два мягких всплеска, разделенных интервалом в несколько часов.
Испускание репитерами повторных всплесков крайне неравномерно во времени. Преимущественно репитеры находятся в стадии молчания, которое может длиться годами, прерываясь периодами реактивации, которые могут быть весьма интенсивными.
Временные и спектральные характеристики всех отмеченных репитеров, которые удалось наблюдать за несколько лет в эксперименте Конус-Винд, сведены в единый каталог активности репитеров (Аптекарь и др., 2001).
Вторым, несравненно более впечатляющим видом активности репитеров являются гигантские вспышки — весьма редкие события, по пиковой мощности излучения в источнике -1045—1047 эрг с-1 сопоставимые со светимостью квазаров.
Более 19 лет гигантская вспышка 5 марта 1979 г. оставалась уникальным событием. 27 августа 1998 г. пришла гигантская вспышка из SGR 1900+14, в которой проявились все основные особенности вспышки в SGR 0526—66: узкий, чрезвычайно интенсивный начальный пик излучения с жестким энергетическим спектром, сопровождаемый сравнительно более слабым, мягким по спектру хвостом, который, пульсируя, затухает в течение нескольких минут (Мазец и др., 1999а; Орли и др., 1999; Ферочи и др., 1999). Третья подобная, но еще более интенсивная вспышка, пришедшая на этот раз 27 декабря 2004 г. из SGR 1806—20, наблюдалась на многих космических аппаратах, оснащенных детекторами рентгеновского и гамма-излучения: INTEGRAL, Mars Odyssey, Wind, Swift, RXTE, RHESSI и др. (Борковский и др., 2004; Орли и др., 2004; Мазец и др., 2004; Палмер и др., 2005; Орли и др., 2005; Смит и др., 2005; Вудс и др., 2005).
Огромная интенсивность начального импульса вспышки привела к перегрузке и насыщению детекторов, что не позволило надежно измерить временной профиль импульса, его спектр и интенсивность. Более уверенные оценки этих характеристик удалось получить при анализе информации,
поступившей от небольших детекторов заряженных частиц, предназначенных для исследования низкоэнергичной плазмы и установленных на космических аппаратах Geotail (Терасава и др., 2005), RHESSI и Wind (Орли и др., 2005).
Результаты, полученные в наших наблюдениях вспышки на Конусе-Винди Геликоне-Коронасе-Ф, подробно рассматриваются в настоящей статье.
Следует отметить, что своеобразная гигантская вспышка наблюдалась 18 июня 1998 г. и в SGR 1627—41. По своим характеристикам она отличалась от трех других. Вспышка представляла собой короткий одиночный импульс с жестким, быстро эволюционирующим спектром, но не имела пульсирующего хвоста и была на порядок величины слабее по интенсивности (Мазец и др., 1999б).
Совместное рассмотрение четырех репитеров позволяет отметить некоторые особенности их поведения, на которых мы остановимся при дальнейшем обсуждении.
Томпсон и Дункан (1995, 1996) предположили, что мягкие гамма-репитеры — это молодые нейтронные звезды со сверхсильным магнитным полем (-1015 Гс), быстро замедляющие свое вращение вследствие потерь на магнитодипольное излучение.
АППАРАТУРА
Рассматриваемые в статье данные получены с помощью гамма-спектрометра Конус на космическом аппарате НАСА Wind и гамма-спектрометра Геликон на российском околоземном космическом аппарате Коронас-Ф.
Конус-Винд
Подробное описание гамма-спектрометра Конус-Винд дано в работе Аптекаря и др. (1995).
Для удобства читателя кратко остановимся на основных чертах устройства спектрометра. На космическом аппарате, стабилизированном вращением вокруг оси, перпендикулярной плоскости эклиптики, размещены два спектрометрических гамма-детектора S1 и S2. Их оси направлены на южный и северный полюс эклиптики соответственно, что обеспечивает обзор всей небесной сферы. Два детектора работают независимо друг от друга в двух режимах: фоновом и всплесковом. В фоновом режиме каждый детектор с разрешением 2.944 с измеряет скорости счета в трех энергетических окнах G1, G2 и G3 с непосредственной записью результатов в бортовую память. При обнаружении всплеска каким-либо детектором в момент T0 вырабатывается триггерный сигнал, запускающий в этом детекторе всплесковый режим. Производится запись временной истории всплеска в окнах G1,
2 -
о н
(О р
о н
О 1
50
100
т- То, С
150
200
Рис. 1. Триггерная запись вспышки 27 декабря 2004 г., приведенная для суммы окон G1 и G2 с временным разрешением 0.256 с.
02, 03 на временном интервале от Т0 — 0.512 с до Т0 + 229.632 с с временным разрешением 2, 16, 64 и 256 мс, ступенчато изменяющимся по ходу записи, а также измеряются 64 многоканальных спектра в области энергий от 10 кэВ до 10 МэВ со временем накопления, адаптированным к текущей интенсивности всплеска. Изменения временного разрешения по ходу записи временной истории связаны с ограничениями на объем телеметрии, выделенной для эксперимента Конус. Результаты измерений записываются в оперативную память прибора. По окончании всплескового режима информация медленно переписывается в бортовую память, на что уходит 1 —1.5 ч. На время перезаписи работа прибора в фоновом режиме прекращается. Очевидно, что при такой схеме работы существует опасность потери важной информации о всплеске. Поэтому в приборе имеются две резервные измерительные системы. Первая система с разрешением 2 мс записывает участки временной истории всплеска с быстро меняющейся интенсивностью продолжительностью от 0.128 с до 8.192 с и сохраняет информацию в оперативной памяти в том случае, если регистрируемые быстрые вариации скорости счета статистически достоверны. Вторая система во время перезаписи продолжает передавать измерения скорости счета в окне 02 по каналу служебной телеметрии с разрешением 3.680 с. Заметим, что обе системы были использованы при регистрации гигантской вспышки.
Геликон-Коронас-Ф
Гамма-спектрометр Геликон является одним из приборов солнечной космической обсерватории Коронас-Ф (Ораевский и др., 2002), которая была выведена в июле 2001 г. на околоземную приполярную орбиту с малым эксцентриситетом (наклонение орбиты 82?5, удаление от Земли 500—550 км). Космический аппарат
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.