Предлагаемый проект направлен на исследование природы наиболее ярких вспышек жесткого электромагнитного излучения - космических гамма-всплесков (Gamma-ray bursts, GRB) и вспышек мягких гамма-репитеров (Soft gamma-repeaters, SGR), влияния излучения GRB на межзвездную среду родительских галактик, а также связи GRB и SGR с широким классом электромагнитных транзиентных событий в диапазоне от радио до жесткого гамма-излучения и событиями неэлектромагнитной природы (гравитационные волны, нейтрино высоких энергий).
Недавнее совместное детектирование гравитационных волн от слияния нейтронных звезд и короткого гамма-всплеска (событие GW170817/GRB170817A) подтвердило гипотезу о происхождении коротких гамма-всплесков от слияния компактных объектов и открыло новую эпоху в многоканальной астрономии. В рамках проекта планируется провести систематический анализ локализаций, спектральных, временных и энергетических характеристик более 200 коротких гамма-всплесков, зарегистрированных в эксперименте Конус-Винд в 2011-2020 гг, результаты которого дополнят каталог событий 1994-2010 гг (Svinkin et al., 2016, ApJS 224, 10) и впервые предоставят научному сообществу однородные данные по одному из наиболее обширных наборов коротких всплесков (более 500 событий), зарегистрированных в широком спектральном диапазоне 20 кэВ-15 МэВ. Результаты данной работы будут способствовать развитию моделей и пониманию процессов излучения при слиянии компактных релятивистских объектов, а также позволят проводить ретроспективный поиск жесткого электромагнитного излучения гравитационно-волновых событий, гигантских вспышек внегалактических магнетаров и других транзиентных явлений.
Для понимания природы гамма-всплесков одной из важнейших задач является исследование внутренней неоднородности их популяции. Многопараметрический кластерный анализ выборки более 3000 гамма-всплесков, зарегистрированных в эксперименте Конус-Винд (в том числе – более 330 GRB с известным красным смещением) позволит провести классификацию гамма-всплеков по их временным, спектральным и энергетическим характеристикам, определенным как в системе отсчета наблюдателя, так и в космологической системе отсчёта, и провести интерпретацию результатов в контексте физических моделей источников и механизмов генерации излучения в гамма-всплеске, в т.ч. исследование возможной неоднородности классов коротких и длинных GRB. В ходе данной работы будут также получены новые оценки параметров и надёжности корреляций жесткость-светимость для всей исследуемой выборки и отдельных групп гамма-всплесков, выделенных в ходе кластерного анализа.
Большинство моделей гамма-всплесков предполагает, что GRB связаны с возникновением ультрарелятивистской струи (джета), излучение которого сильно коллимировано (направлено в узкий телесный угол). Таким образом, гамма-всплеск, джет которого не был направлен на наблюдателя, не будет зарегистрирован, но, в то же время, интенсивное собственное излучение гамма-всплеска, а также послесвечение с неизбежностью повлияет на межзвездную среду в окрестностях источника. В проекте предлагается провести исследование процессов, индуцированных рентгеновским и гамма-излучением всплеска в молекулярных облаках родительской галактики, а также оценить возможность наблюдения долговременных эффектов, вызванных гамма-всплесками, произошедшими в близких галактиках.
В проводимом авторами эксперименте Конус-Винд накоплен уникальный объем данных по ярким (интегральный поток >5x10^-7 эрг/см^2) коротким и «промежуточным» вспышкам от шести галактических мягких гамма-репитеров. Планируемый в ходе реализации данного проекта детальный анализ временных, спектральных, и энергетических характеристик ~250 таких событий позволит, с привлечением данных других экспериментов, получить существенно новые результаты, важные для выявления общих свойств популяции вспышек SGR, таких как функции светимости и полного энерговыделения, а также распределений временных и спектральных параметров и их потенциальной неоднородности. Данная задача становится исключительно актуальной, в частности, в целях проверки гипотезы о связи аномально жестких рентгеновских вспышек магнетаров с быстрыми радиовсплесками (fast radio bursts, FRB), возникшей благодаря одновременному детектированию 28 апреля 2020 г. необычно жесткого рентгеновского всплеска от SGR 1935+2154 (Ridnaia, Svinkin, Frederiks, et al. 2020, Nature Astronomy, in press) и первого в истории наблюдения FRB от галактического источника (CHIME/FRB collaboration, 2020, Nature 587, 54; Bochenek et al., 2020, Nature 587, 59).
Важной задачей данного проекта является детальное исследование чрезвычайно редких гигантских вспышек SGR, обладающих колоссальной светимостью. В 2020 г, на основе прецизионной локализации сетью космических детекторов гамма-излучения (InterPlanetary Network, IPN) сверхяркого короткого GRB 200415A и анализа его временных, спектральных и энергетических характеристик по данным эксперимента Конус-Винд, было показано, что данное событие является исключительно яркой (L~10^48 эрг/с) гигантской вспышкой внегалактического мягкого гамма-репитера (магнетара), третьей в истории наблюдений и наиболее надежно ассоциированной с близкой галактикой (Svinkin, Frederiks, Hurley, et al., 2020, Nature, in press). Детальное исследование и сравнительный анализ временных, спектральных и энергетических характеристик наиболее полной выборки подобных событий, зарегистрированных в эксперименте Конус-Винд (GRB 051103, GRB 070201, GRB 200415A) в отсутствие эффектов глубокого насыщения, присущих наблюдениям гигантских вспышек от галактических источников, позволит получить новую и важную информацию о процессах гигантского энерговыделения в окрестностях нейтронных звезд со сверхвысокими магнитными полями.
