обработка 3

От теории к практике:
о вопросах фундаментальной
физики в наблюдениях:
анализ вариаций во времени
(3)
D~5кпк
~ наносекунды дуги
107 см
Наблюдать непосредственно
будет еще долго невозможно
Шум – важный метод диагностики
событий, которые наблюдать сложно
Например, шумы в двигателе
Уравнения состояния нейтронных
и кварковых звезд.
Нужны измерения радиусов
Лучший случай - PSR J0737-3039
R-отношение масс
(орбиты)
W-прецессия орбиты
Pb-торможение за
счет ГВ
r,s – замедление
времени вблизи
одной НЗ
Массы
нейтронных
звезд
Как измерить размеры
нейтронных звезд?
Остывающие НЗ.
Площадь?
12-15км
Общая теория относительности
Метрика Шварцшильда
2GM
rs  2
c
rs
E
 1
E0
r
Шварцшильдовский радиус
Гравитационный сдвиг энергии
E
10
r

9
мм
,
~
7

10
Для пов.Земли s
E0
(относительно
бесконечности)
Для БК
E
~ 7 10 6 ~ 20  80км / сек
E0
?
Линии с красным смещением 0.35?
Для аккрецирующих
нейтронных звезд?
Температура?
Frad ~ FGR
`
Временная
информация
Обсерватория UHURU
(1970-1973)
900 кв.см
Открытие пульсара Cen X-3
Почему быстрая переменность?
 M 
 km
R ~ 5  R s ~ 15  
 M Sun 
dt ~ R / vK ~ R /( 0.5c) ~ 0.1мсек!
f orb ~ vK / 2R ~ 2кГц!
Частоты вращения НЗ – до 700Гц!
Термоядерное горение
атмосферы (взрыв)
Гравитационная аберрация
Без ТО
ОТО с вращ.
ОТО без вращ.
Скорость движения
поверхности НЗ ~0.1c!
Релятивистская аберрация
Примеры расчета
пульсов
Пример
реального
пульса
Квазипериодические
осцилляции ->
сильное гравитационное
поле?
Эпицикл. частота
Кеплер. частота
Эффекты увлечения
системы отсчета
Gravity-Probe-B
(результат 2011 г)
Эффекты увлечения
системы отсчета?
?
Кеплеровские частоты?
Эпициклические частоты?
Частоты прецессии
систем отсчета?
Сложность 1.
Методы работы с
временнЫми кривыми
Преобразование Фурье
Запись через тригонометрические
функции
Примеры
разложений
Открытие пульсаций
во время взрыва
Фурье образ
кривой блеска
Всплеск рентг. излучения от взрыва
Пик на его Фурье образе
Сложность 2.
Малое количество фотонов
Самая главная проблема астрофизики
- малые потоки фотонов от объектов
Самый яркий объект
рентгеновского неба Sco X-1
~10 фот./сек/кв.см
Следующий по яркости
Крабовидная туманность
~1 фот./сек/кв.см
Основное количество объектов
исследований
~1 фот./сек/
100 кв.см
Темпы счета фотонов –
Пуассоновский процесс
Во временных
рядах неизбежен
“шум”
Необходимы спец.
методы работы с шумом
Фурье анализ “зашумленной”
яркости объектов
Пример – чистая синусоида
Реальный пример
осцилляций:
борьба с шумом
Обсерватория EXOSAT
(1983-1986) ~2000 кв.см
~1600 кв.см
Обсерватория RXTE
(1995-2012) ~6400 кв.см
Проект для ESA
“LOFT” ~10 кв.м
Проект для
NASA
“AXTAR”
~3 кв.м
Проект, предлагаемый
ИКИ РАН
~10 кв.м
“Рентгеновский микрофон”
Сложность 3.
Точности часов
Точности современных
часов
Рубидиевые часы ±1 x 10-12
Цезиевые часы 1 x 10-13
Водородный стандарт ±5×10−16
секунда за 63 млн.лет
1,420,405,752 Гц - 21 см!
2010 год Al+ точность 10-17
Карта галактики 21 см
(нейтральный водород)
Поиск грав. волн
от слияния массивных ЧД
Телескоп Аресибо
“a discovery that has opened up new
possibilities for the study of gravitation”
Nobel Prize 1993
“Открытие”
грав. волн
Первое открытие
планет вне
Солнечной системы
Радиоастрономическая обсерватория
«Зеленчукская»
Сложность 4.
Поправки ко времени
Общая теория относительности
Метрика Шварцшильда
2GM
rs  2
c
rs
E
 1
E0
r
Шварцшильдовский радиус
Гравитационный сдвиг энергии
E
10
r

9
мм
,
~
7

10
Для пов.Земли s
E0
(относительно
бесконечности)
Для БК
E
~ 7 10 6 ~ 20  80км / сек
E0
Гравитационное
изменение
времени
На высоте 500 км теряется 8.5 мсек в год!
Гравитационное
изменение времени
Эксперимент
Паунда и Ребки
Поправки на барицентр
Солнечной системы
-учет движения Земли
и спутника
Сложность 3.
Возможности реальных
инструментов
Проблема
мертвого времени
Расстояние между
событиями не
может быть меньше dt
dt(мертвое время)
Экстремальный пример: сверхвспышка
На этом уровне
скорость счета событий
отрезается мертвым
временем
Изменение
за счет мертвого
времени:
Шум остается
почти такой же,
а среднее
значение потока
проседает
Проблема
мертвого времени
Настоящие КПО
Влияние
мертвого
времени
Прохождение сигнала, биения
Аккрецирующие
НЗ
Измерения
На ракетах
1960ые года
(~300 cm2)
Sco X-1
Sco X-1
Измерения 2010
(~6400 cm2)
Как разделить
диск и нейтронную
звезду?
Спектр слоя растекания