Звездные гамма

Звездные гамма-всплески
Б.И. ЛУЧКОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ЗВЕЗДНЫЕ ГАММА-ВСПЛЕСКИ
Регистрация сильной гамма-вспышки звезды EV Lac возродила интерес к звездным источникам космических гаммавсплесков. В работе проведен корреляционный анализ положений гамма-всплесков с высокой угловой точностью
(каталог Swift) и ближних звезд в пределах 20 пк (каталог Gliese). Найдено три гамма-всплеска, совпавших с звездами
спектральных классов К и М. Вероятность случайного наложения 1,4 10–3.
Космические гамма-всплески 30 лет оставались загадкой [1, 2]. Их кратковременные потоки
(секунды, минуты), наблюдаемые космическими аппаратами, не позволяли точно определить
места источников. Эксперимент BATSE на орбитальной станции COMPTON [3, 4], не обладавший
высоким угловым разрешением, выявил основные свойства всплесков: энергетические спектры (в
интервале 10 кэВ – 10 МэВ), изотропное распределение по небесной сфере, растущий дефицит
интенсивности слабых всплесков (с потоком меньше 10–5 эрг/см2). Возможные источники гаммавсплесков, отвечающие этим свойствам, могли находиться как в ближайшем окружении Солнца
(на расстоянии r = 1 – 100 пк), так и в далеких галактиках (r ≥ 103 Мпк). Проблема источников
была почти решена космическим аппаратом BeppoSAX (1996–2002) [5, 6], в котором помимо
монитора гамма-квантов, были две рентгеновские камеры, которые определяли координату
всплеска с точностью до 50 угл. секунд. Было обнаружено затухающее рентгеновское излучение
объекта, ответственного за гамма-всплеск (рентгеновский транзиент). Наземные телескопы и
космический телескоп имени Хаббла (HST), пришедшие на помощь, увидели в боксе ошибок
слабые оптические транзиенты звездной величины m > 20. Спектральный анализ выделил линии с
большим красным смещением Z ≥ 1, что в расширяющейся Вселенной соответствует расстояниям
в тысячи Мпк. Приблизительно 40 % гамма-всплесков, отождествленных таким образом,
оказались объектами, вспыхивающими в далеких галактиках. Остается неясным, что представляют
собой остальные всплески, которые не сопровождались рентгеновским и оптическим
послесвечением. Пришедший на смену космический аппарат Swift (2004-2008) [7] за 5 лет
зарегистрировал около 400 гамма-всплесков с высокой угловой точностью.
Возможно, гамма-всплески – не единый класс, а сумма разнородных объектов, близких и
далеких, различающихся происхождением и процессами генерации гамма-излучения. В качестве
источников рассматривались активные вспыхивающие звезды в ближнем солнечном окружении
[8]. Их вспышки, аналогичные солнечным вспышкам (перестройка магнитного поля в скоплении
темных пятен), должны быть на много порядков более интенсивными. Однако данные,
полученные из анализа каталога BATSE, не дали определенных результатов по звездным гаммавсплескам. Сейчас такое свидетельство получено. Несколькими космическими аппаратами
зарегистрирована сильная вспышка в гамма-диапазоне звезды EV Lac, одной из близких
вспыхивающих звезд (r = 15 пк) [9]. Найден давно предполагавшийся компонент космических
гамма-всплесков – звездные всплески.
Настоящая работа посвящена исследованию результатов эксперимента Swift с целью
нахождения других звезд, источников гамма-всплесков.
Использовались каталог Swift [10], содержащий 364 гамма-всплеска с точностью 0,1º , из
которых 113, отождествленных с далекими объектами (Z = 0,5 – 5), представляли космологические
всплески, и каталог ближних звезд Gliese [11]. Для уменьшения числа случайных совпадений
рассматривались звезды с параллаксом П > 0,05, что соответствует расстояниям r ≤ 20 пк. Их
число составило 1650. Космологические всплески, которые естественно не могли происходить от
близких звезд, служили критерием сравнения.
Сопоставление координат всплесков и звезд проводилось по специальной компьютерной
программе. Определялись отклонения ∆r = (∆α2 + ∆δ2)1/2 , где ∆α и ∆δ – угловые разности
положений всплесков и ближайших к ним звезд по прямому восхождению и склонению.
Результаты анализа для отклонений 0–0,5 приведены в табл.1.
Найдено три совпадения координат всплесков и звезд с отклонением ∆r < 0,1, что находится в
пределах угловой точности детектора Swift. Подобных совпадений не найдено для контрольной
группы космологических гамма-всплесков. Отклонения ∆r = 0,2 – 0,5 и ∆r > 0,5, наблюдаемые
как в группе исследуемых всплесков, так и в контрольной группе, представляют случайные
наложения координат.
Таблица 1
Расхождение положений гамма-всплесков и звезд
Δr ()
0 – 0,1
0,1 – 0,2
0,2 – 0,3
0,3 – 0,4
0,4 – 0,5
Звездные гамма-всплески
Всплески
Космологические всплески (Z)
3
0
1
0
2
2
5
1
5
3
Можно считать, что три найденных всплеска, координаты которых с высокой точностью
совпали с положением звезд (∆r = 0,04, ∆r = 0,05, ∆r = 0,08) действительно являются звездными
гамма-всплесками. Четвертый случай совпадения (∆r = 0,14), немного превышающий точность
детектора, не столь очевиден и скорее всего должен быть отнесен к случайным совпадениям.
Достоверность полученного результата была определена следующим образом. Принимая ∆r =
0,1º и площадь совпадения σ = π ∆r2 = 0,0314 кв. град., число случайных совпадений будет Nсл =
Nвсп Nзв σ / Ώ = 0,32 для числа всплесков Nвсп = 251, числа звезд Nзв= 1650 и площади небесной
сферы Ώ = 41253 кв. град. Вероятность случайного совпадения, рассчитанная по Пуассоновскому
распределению, w = exp (– Nсл) Nсл3 / 3! = 4  10–3. Вычисленная вероятность не так мала, чтобы
можно было считать полученный результат вполне достоверным, но все-таки достаточна для того,
чтобы обратить на него внимание.
Проведенный анализ указывает на возможность звездных гамма-всплесков от ближних звезд.
Таблица 2
Звезды, совпавшие с гамма-всплесками
Звезда (Gliese)
G1241
NN3779
GJ1243
Спектральный класс
dK6
M3,5
m
Параллакс
0,057
0,072
0,083
Δr ()
0,07
0,054
0,08
Гамма-всплеск
080319D
050522
060105
В табл.2 приведены звезды, координаты которых совпали с гамма-всплесками в пределах
углового разрешения детектора Swift. Это звезды спектральных классов К и М. Именно такие
встречаются среди вспыхивающих звезд [12]. Если поиск ограничить звездами этих спектральных
классов, доля которых среди ближних звезд составляет 70 %, число случайных совпадений станет
Nсл = 0,22 и вероятность случайного наложения будет w = 1,4  10–3 (что эквивалентно отклонению
3,2 σ).
Такой корреляционный анализ необходимо продолжить по мере накопления статистики гаммавсплесков с высокой точностью локализации. По-видимому, можно будет включать в анализ и
более далекие звезды тех же спектральных классов. Тогда появится возможность точно сказать,
каков действительный вклад звездных гамма-всплесков.
Автор выражает благодарность А.Рожкову и И.Архангельской за предоставление каталогов
гамма-вспышек и ближних звезд, а также А.Зуеву за помощь в работе.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Прилуцкий О.Ф., Розенталь И.Л., Усов В.В. // УФН 1975. Т. 116. С. 517
2. Лучков Б.И., Митрофанов И.Г., Розенталь И.Л. // УФН. 1996. Т. 166. С. 743
3. Briggs M.S., Paciesas W.S. Pendleton G.N. et al. // Astrophys. J. 1996. V. 459. P. 40.
4. Meegan C.A., Pendleton G.N., Briggs M.S. et al. // Astrophys.J.SS 1996. V.106. P.65
5. van Paradijs J., Groot P.J., Galama T. et al. // Nature. 1997. V. 386. P. 686
6. Постнов К.А. // УФН. 1999. Т. 169. С. 545
7. Tagliaferri G., Goad M., Chincarini G. et al // Nature 2005. V. 436. P. 985
8. Лучков Б.И., Поляшова О.М. // Астрон. жур. 1998. Т. 75. С. 79
9. EV Lacertae 2? [Электронный ресурс] − Режим доступа: www.solstation.com/stars/ev-lac.htm
10. Swift
GRB
Table
and
Lookup.
[Электронный
ресурс]
−
Режим
http://swift.gsfc.nasa.gov/docs/swift/archive/grb_table
11. Gliese W., Jahreiss H. // Catalogue of Nearby Stars (ARICNS database)
Гершберг Р.Е. Вспышки красных карликовых звезд / Р.Е. Гершберг. М.: Наука, 1970.
доступа: