Гамма- та нейтринні спостереження для моделювання космічних променів і сигналів

MGRO J1908+06

— це потужне джерело гамма-випромінювання, виявлене у високих енергіях за допомогою обсерваторії Milagro. Це джерело стало об'єктом інтересу у галузі астрофізики через його незвичайні характеристики.

Перелік даних спостережень для області MGRO J1908+06, зібраних гамма- та нейтринними телескопами, які доступні для обробки та аналізу.

gammasky_axes_page-0001.jpg

Карта надлишкових подій гамма-випромінювання дуже високих енергій (VHE) у регіоні поблизу MGRO J1908+06. Кольорова шкала показує кількість надлишкових подій. Чорний хрест позначає найкраще визначену позицію за даними VERITAS. Три чорних кола вказують області, використані для спектрального аналізу. Біле коло показує розмір функції розподілу точки (PSF) для VERITAS. Червоний еліпс позначає область залишку наднової (SNR) G40.5–0.5 у радіоконтинуумному випромінюванні. Чорний «х» показує місце розташування PSR J1907+0602. Білий хрест позначає найкраще визначену позицію за даними H.E.S.S., а білі контури вказують карту надлишків H.E.S.S. на рівнях 4, 5, 6 і 7 σ. Сітка на цій карті неба має інтервали 0.5°. Подяка E. Aliu et al. (The VERITAS Collaboration), ArXiV:1404.7185

Основні факти про MGRO J1908+06:

  • Тип об'єкта: Джерело високих енергій (спектр спостерігається у TeV-ному діапазоні).
  • Розташування: Поблизу площини Чумацького Шляху.
  • Природа джерела:
    • Можливий залишок наднової (Supernova Remnant, SNR).
    • Це пульсарно- вітрова туманність (Pulsar Wind Nebula, PWN), асоційована з відомим пульсаром PSR J1907+0602. Випромінювання у TeV-діапазоні може походити від туманності, при цьому підтверджено жорсткий спектр, який узгоджується з моделюванням оберненого комптонівського (IC) розсіювання, а також наявність магнітного поля 5.4 ± 0.8 μG і вік системи близько 22 ± 9 тисяч років.
  • Енергії випромінювання: Це джерело випромінює гамма-промені в діапазоні від GeV до TeV, що робить його цікавим для дослідження механізмів прискорення частинок.
  • MGRO J1908+06 як джерело має розширений профіль:
    • Кутовий розмір складає приблизно 1° у діаметрі, як визначено за даними гамма-обсерваторій, таких як HAWC і VERITAS. Цей розмір включає центральний пульсар і туманність навколо.

Астрофізичний інтерес

  • Механізми випромінювання: MGRO J1908+06 є лабораторією для вивчення процесів, як-от синхротронне випромінювання, обернене комптонівське випромінювання та зіткнення адронів.
  • Дослідження темної матерії: Завдяки своїй потужності у гамма-діапазоні, об'єкт може бути використаний для обмеження параметрів розпаду чи анігіляції частинок темної матерії.
  • Спостереження: Об'єкт був досліджений не лише Milagro, але й іншими сучасними обсерваторіями, як-от Fermi, HAWC, HESS, MAGIC та VERITAS.

MGRO J1908+06 є перспективним об'єктом для вивчення зв'язку між гамма-випромінюванням високих енергій та нейтрино.

1. Гамма-випромінювання:

MGRO J1908+06 активно досліджується гамма-обсерваторіями, оскільки випромінювання у TeV-діапазоні може бути наслідком:

  • Адронних процесів: Космічні промені високих енергій стикаються з міжзоряним середовищем, утворюючи піони, які розпадаються на гамма-кванти та нейтрино.
  • Лептонних процесів: Електрони високих енергій розсіюють фотони низьких енергій до TeV-діапазону через зворотне комптонівське розсіювання.

2. Потенціал як джерела нейтрино:

MGRO J1908+06 є одним із найбільш вірогідних галактичних джерел астрофізичних нейтрино через:

  • Асоціацію з потужними космічними променями: Джерело може бути "PeVatron" – об'єктом, здатним прискорювати частинки до PeV енергій.
  • Місце розташування: Джерело розташоване близько до галактичної площини, що є зоною підвищеної концентрації молекулярного газу. Це збільшує імовірність зіткнень космічних променів із матерією, що призводить до утворення нейтрино.

3. Спостереження нейтрино:

  • IceCube та ANTARES: Ці нейтринні обсерваторії включили MGRO J1908+06 у свої пошукові кампанії, зокрема для спостережень точкових джерел високих енергій.
    • У IceCube поки немає значної кореляції з MGRO J1908+06, хоча зони невизначеності у нейтринних подіях частково перекривають джерело.
    • ANTARES спостерігала MGRO J1908+06, проте також не зафіксувала статистично значимого сигналу.
  • KM3NeT (у майбутньому): Ця нова нейтринна обсерваторія може дати більше інформації завдяки своїй чутливості до галактичних джерел.

Cygnus X

— це один з найактивніших регіонів Чумацького Шляху, відомий як місце активного зореутворення та випромінювання високих енергій. Цей комплекс включає молоді зоряні скупчення, пульсари, залишки наднових та потужні джерела рентгенівського та гамма-випромінювання.

Список даних спостережень для області Cygnus X, отриманих гамма- та нейтринними телескопами, доступних для подальшої обробки та аналізу.

RG_Cisne_page-0001.jpg

Карта надлишкового гамма-випромінювання дуже високих енергій, залежного від енергії, для енергій >1000 ГеВ (червоний) і <1000 ГеВ (зелений) у регіоні навколо VER J2019+368 в Cygnus регіоні. Перехід від чорного до кольорового позначає надлишок ≥ 0, з максимальним надлишком >1000 ГеВ у 70 подій і максимальним надлишком <1000 ГеВ у 30 подій. VER J2018+367* і VER J2020+368* показані з межами 1σ (суцільні білі лінії) і розташовані в областях, які демонструють підвищене випромінювання нижче 1000 ГеВ. Також показані місця розташування 2HWC J2019+367 (жовтий, із зазначеною 1σ похибкою положення), IGR J20188+3647 (бірюзовий ромб), два пульсари Fermi-LAT (3FGL J2021.1+3651 і 3FGL J2017.9+3627 (бірюзові трикутники)) і джерела NuSTAR із роботи Gotthelf et al. (2016). Небесно-блакитна дуга приблизно відображає область із >50 фотонів с⁻¹ см⁻² ср⁻¹ у діапазоні енергій 2-10 кеВ за даними Mizuno et al. (2017). Подяка A.U. Abeysekara et al. (The VERITAS Collaboration), ArXiV:1805.05989

Основні факти про Cygnus X:

  • Тип об’єкта: Комплекс регіонів утворення зірок і джерел високих енергій.
  • Розташування: У сузір'ї Лебедя (Cygnus), приблизно на відстані 1.5-2 кілопарсек.
  • Особливості: Cygnus X складається з багатьох підкомпонентів, включаючи молекулярні хмари, ультракомпактні області H II і області активного зореутворення.
  • Cygnus X є великим і розмитим комплексом. Його основні молекулярні хмари та асоціації зореутворення займають область приблизно 5°×5° на небі, що відповідає кільком сотням парсеків у проєкції.
  • Потужні джерела випромінювання: Cygnus X включає кілька джерел високих енергій
    • Cygnus X-1: Відоме джерело рентгенівського випромінювання, що є чорною дірою в подвійній системі.
    • Cygnus X-3: Потужна мікроквазарна система з джетами, які випромінюють гамма-промені.
    • Cygnus OB2: Одне з найбільших і наймасивніших зоряних скупчень Чумацького Шляху, яке впливає на своє оточення за допомогою сильного зоряного вітру.

Астрофізичний інтерес

Cygnus X є ідеальною лабораторією для вивчення:

  • Зореутворення у масштабах галактики.
  • Взаємодії космічних променів з міжзоряним середовищем.
  • Механізмів утворення космічних променів високих енергій у подвійних системах, мікроквазарах, і зоряних скупченнях.

1. Гамма-випромінювання і нейтрино:

  • Cygnus X є регіоном, де спостерігається інтенсивне гамма-випромінювання в діапазоні від GeV до TeV. Обсерваторії, такі як Fermi-LAT, HAWC, та VERITAS, досліджували це джерело, підтверджуючи наявність потужних механізмів прискорення частинок.
  • Потенціал нейтринного джерела: Cygnus X вважається перспективним для вивчення астрофізичних нейтрино, оскільки прискорення частинок до PeV може супроводжуватися утворенням нейтрино.

2. Спостереження:

Сучасні мультихвильові дослідження дозволяють глибше зрозуміти природу джерел у Cygnus X:

  • Рентгенівські і гамма-обсерваторії: (наприклад, Chandra, Fermi-LAT).
  • Радіотелескопи: (наприклад, LOFAR для вивчення джетів).
  • Нейтринні обсерваторії: IceCube і KM3NeT вивчають цей регіон для пошуку нейтринних кореляцій.