Глава 1. Диффузия космических лучей в Галактике 5
1.1. Уравнение Гинзбурга-Сыроватского 5
1.2. Решение уравнения для функции Грина 7
1.3. Интенсивность частиц от точечного мгновенного галакти-ческого источника 9
Глава 2. Диффузия космических лучей в Галактике с учетом потерь энергии 12
2.1. Уравнение диффузии 12
2.2. Преобразование уравнения для функции Грина 13
2.3. Решение уравнения (2.9) 14
Глава 3. Энергетические спектры электронов и позитронов высокой энергии от пульсаров в Галактике 16
3.1. Модель эмиссии электронно-позитронных пар пульсарами 16
3.2. Спектры электронов и позитронов от пульсаров 17
3.3. Результаты численных расчётов 20
Заключение 27
Литература 29
Результаты спутниковых и наземных экспериментов по регистрации электронов и позитронов космических лучей, полученные в последнее десятилетие, позволили выявить ряд особенностей в наблюдаемых спектрах этих частиц (см. обзор [1]). Так, например, результаты коллаборации AMS-02 подтвердили установленный ранее в экспериментах PAMELA и Fermi-LAT рост доли позитронов (антиматерии) в общем потоке электронов и позитронов в диапазоне энергий 10 - 250 ГэВ. Показано, что эта доля достигает максимума при энергии ~ 275 ГэВ.
Обсерватории MILAGRO [2] и HAWC [3] обнаружили протяженные области гамма-излучения в зоне расположения нескольких сверхновых звёзд, в которых образуются быстро вращающиеся нейтронные звёзды с большим магнитным полем — пульсары [4]. Сегодня эти результаты рассматриваются как подтверждение выхода пульсара из оболочки, образованной взрывом свехновой, так и факта того, что пульсары являются источниками электронно-позитронных пар высокой энергии. Эти пары, в свою очередь, генерируют фотоны.
В данной работе исследуется вклад пульсара Галактики в наблюдае¬мые в районе Солнечной системы энергетические спектры электронов и позитронов. Считается, что пульсар испускает электроны и позитроны в равных количествах лишь после его выхода из родительской оболочки сверхновой через ts лет после рождения. Дальнейшее распространение частиц в галактической среде описывается в рамках классической модели диффузии Гинзбурга-Сыроватского.
Целью исследования является расчёт энергетических спектров электронов и позитронов от пульсара Галактики в предположении, что они являются источниками электронно-позитронных пар высокой энергии.
Для достижения этой цели необходимо решить следуюшие задачи:
1. найти решение уравнения диффузии частиц с использованием метода функции Грина в предположении, что распространение частиц в галактической среде описывается в рамках классической модели диффузии Гинзбурга-Сыроватского;
2. сформулировать модель эмиссии электронно-позитронных пар пульсарами;
3. провести расчёты энергетических спектров электронов и позитронов от пульсара Галактики.
Структура работы следующая. В первой главе обсуждается диффузия космических лучей в Галактике: записывается уравнение Гинзбурга-Сыроватского для случая, когда отсутствуют потери энергии и ядерные взаимодействия, формулируется технология получения решения уравнения диффузии, находится интенсивность частиц от точечного мгновенного галактического источника.
Во второй главе рассматривается диффузия космических лучей в Галактике с учетом потерь энергии.
Третья глава посвящена расчётам энергетических спектров электронов и позитронов высокой энергии от пульсаров в Галактике: формулируется модель эмиссии электронно-позитронных пар пульсарами, находиться решение уравнения в случае зависящей от времени плотности источников, проводится анализ полученных результатов.
Целью исследования являлся расчёт энергетических спектров электронов и позитронов от пульсара Галактики в предположении, что они являются источниками электронно-позитронных пар высокой энергии.
Ключевым элементом модели являлось предположение, что пульсар испускает электроны и позитроны в равных количествах лишь после его выхода из родительской оболочки сверхновой через ts лет после рожде¬ния. Дальнейшее распространение частиц в галактической среде описывалось в рамках классической модели диффузии Гинзбурга-Сыроватского.
В работе получены аналитические выражения для энергетических спектров электронов и позитронов от галактического пульсара. Проведён численный анализ влияния возраста пульсара и расстояния до него, а также времени выхода пульсара из оболочки сверхновой звезды на энер¬гетический спектр частиц в районе расположения Солнечной системы. Показано, что ближайший пульсар Геминга не может обеспечить рост доли позитронов в общем потоке электронов и позитронов, установленный в спутниковых экспериментах.
Автор выражает благодарность научному руководителю работы проф. А.А Лагутину за постановку задачи, помощь в проведении исследований и обсуждение полученных результатов. Численный анализ полученных в работе теоретических результатов проведён с использованием вычислительных комплексов кафедры радиофизики и теоретической физики, созданных доцентом Волковым Н.В. Автор выражает благодарность доценту Н.В. Волком за обсуждение организации таких вычислений и помощь в проведении этих расчётов.
