Название:Динамика магнитных полей, ударные волны и нетепловое излучение оболочек сверхновых звезд и пульсарных туманностей
Грантодатель:Гранты РНФ
Область знаний:02 - Физика и науки о космосе
Научная дисциплина:02-704 - Физика и эволюция звезд и межзвездной среды
Ключевые слова:остатки сверхновых звезд, пульсарные туманности, ударные волны, флуктуирующие магнитные поля
Тип:исследовательский
Руководитель(и):Быков,АМ
Подразделения:
Код проекта:16-12-10225; 19-12-13004

Предлагаемый проект посвящен исследованию механизмов трансформации энергии оболочек остатков сверхновых звезд и релятивистских ветров пульсаров в наблюдаемое в широком спектральном диапазоне нетепловое электромагнитное излучение. В рамках проекта будет выполнено детальное моделирование процессов формирования спектров сильно флуктуирующих магнитных полей, изолированных магнитных структур и эволюции релятивистских частиц как в оболочечных остатках сверхновых звёзд, так и в релятивистских ветрах пульсаров. Основным физическим агентом трансформации энергии в системах с мощным энерговыделением являются сильные бесстолкновительные ударные волны. Они определяют нелинейные механизмы диссипации кинетической энергии с ее перераспределением по нетепловым компонентам. В рамках проекта будет произведено детальное количественное моделирование нелинейных механизмов генерации магнитных полей и ускорения частиц течениями плазмы с бесстолкновительными ударными волнами и сформулированы методы наблюдательной проверки разработанных моделей. С помощью методов Монте-Карло впервые будут построены нелинейные модели совместного формирования спектров магнитных флуктуаций, а также энергетических спектров и угловых распределений релятивистских частиц с учетом эффектов недиффузионного распространения таких частиц. Указанные модели будут построены как для нерелятивистских ударных волн в остатках сверхновых (в частности, остатков Тихо Браге и Кассиопея А), так и для релятивистских волн в областях взаимодействия релятивистских течений с окружающей межзвездной средой. С целью развития новых методов диагностики структуры и спектральных характеристик сильно флуктуирующих магнитных полей будут впервые построены детальные модельные изображения поляризованных рентгеновских изображений оболочек остатков сверхновых. Кинетическое моделирование динамики изолированных магнитных структур в Крабовидной туманности, сформированной релятивистским пульсарным ветром, позволит получить важную информацию о механизмах перераспределения энергии нетепловых компонент и свойствах релятивистской плазмы в пульсарных туманностях. Это позволит, в частности, дать интерпретацию недавно открытой сильной переменности гамма-излучения Крабовидной туманности. Вопрос о роли нетепловых процессов, обусловленных огромным выделением энергии сверхновых звезд, является одним из ключевых не исследованных ранее вопросов в комплексной проблеме эволюции активных областей звездообразования в галактиках. В рамках проекта будет выполнен анализ нетепловых компонент – магнитных полей и релятивистских частиц в остатках сверхновых звезд. Будут построены модели формирования этих компонент, что позволит понять важные особенности процессов трансформации энергии в излучение в космических объектах с экстремальным выделением энергии и исследовать фундаментальные закономерности нелинейной трансформации энергии в условиях, недостижимых в наземных лабораториях.

Ожидаемые результаты

В результате выполнения предлагаемого проекта будут осуществлены комплексные мультидисциплинарные исследования процессов трансформации огромной энергии, выделяемой сверхновыми звездами и их остатками, в частности, пульсарами, в излучение во всем наблюдаемом диапазоне электромагнитного спектра (от радиоизлучения до высокоэнергичных гамма-лучей). Будет исследовано формирование магнитных полей и ускорение ультрарелятивистских частиц в оболочках остатков сверхновых звезд. Будет создан современный комплекс компьютерных программ для моделирования структуры и свойств течений с бесстолкновительными ударными волнами в окрестности астрофизических источников с экстремальным выделением энергии. Наблюдение астрофизических источников с экстремальным выделением энергии является фундаментальной проблемой и ключевой задачей всех современных космических и наземных обсерваторий. За последние годы на международных обсерваториях накоплен значительный объем наблюдательных данных, требующих адекватной интерпретации. Моделирование спектров нетеплового излучения источников в остатках сверхновых и пульсарных туманностях позволит посредством сравнения с результатами наблюдений определить особенности распределения энергии в тепловых и нетепловых компонентах и их пространственное распределение. Результаты исследований будут представлены на крупных международных конференциях, опубликованы в форме оригинальных статей и обзоров в ведущих мировых журналах, войдут в монографию, посвященную исследованию физических процессов в энергичных космических объектах. Материалы исследований будут широко использованы для обучения студентов и аспирантов Санкт-Петербургского Политехнического университета и других российских вузов самым современным достижениям физики и астрофизики.