Отчет - САО РАН

Отчет
о научно-исследовательской работе в 2012 году
группы релятивистской астрофизики
1. Научные достижения сотрудников подразделения, предложенные в качестве
важнейших по САО.
Проведен статистический анализ выборки из 38 гамма-всплесков с известными красными
смещениями, 43 оптические кривые блеска которых имеют максимумы. В этой совокупности
объектов были выделены следующие подвыборки. Объекты типа «промпт» (Р)  оптическое
излучение которых (и прежде всего – его максимум) было зарегистрировано в основной фазе
гамма-всплеска (11 случаев), объекты с послесвечением, которое сопровождалось остаточным
гамма-излучением, A (U) (12 явлений) и, наконец, «чистые» послесвечения, А (20 явлений).
Получены оценки всевозможных парных корреляций гамма и оптических характеристик
объектов, многие из которых являются значимыми. Впервые обнаружена высокозначимая
связь между оптической светимостью в максимуме послесвечения и красным смещением
объекта (коэффициент корреляции 0.82) в комбинированной выборке А+А (U) (Рис.1), что
свидетельствует о степенном возрастании плотности локальной (в областях рождения гаммавсплесков) межзвездной среды и в свою очередь скорости звездообразования при уменьшении
возраста Вселенной (Рис. 1, 2) с показателями 4 и 6, соответственно. Установленная
закономерность с большой вероятностью отражает именно эволюцию локальных зон
звездообразования на масштабах до 1-10 пс, до сих пор практически не изучавшуюся.
Усредненные же плотность и а звездообразования в обычных галактиках достигают
максимумов на z = 3-4, уменьшаясь с ростом красного смещения, а в галактиках, где
регистрируются гамма-всплески, если и монотонно возрастают, то существенно медленнее (см.
Рис. 2, правая панель). С другой стороны во многих моделях космологической эволюции
локальной плотности в активных областях используются степенные показатели, практически
совпадающие с нашими оценками.
Рис.1 Слева - связь между оптической светимостью в максимумах оптических вспышек гаммавсплесков и красным смещением. Справа – зависимость «плотность – красное смещение» для
этих событий, полученная на основе «стандартной» модели послесвечения с использованием
наблюдаемых характеристик всплесков.
Рис. 2 Слева – зависимость скорости звездообразования в областях рожения гамма-всплесков,
найденная с использованием соотношения Кенниката-Шмидта. Справа – результаты
определения скоростей звездообразования в наблюдениях галактик с гамма-всплесками и при
моделировании.
2. Научные результаты сотрудников подразделения, полученные при выполнении НИР (в
рамках плана НИР САО РАН, различных грантов, проектов, договоров и программ) в
2012 году:
1. Разработан проект широкопольной мониторинговой системы высокого временного
разрешения MegaTORTORA, состоящей из набора отдельных блоков, включающих в себя 9
объективов, укомплектованных устанавливаемыми спектральными и поляризационными
фильтрами и способных переориентироваться за доли секунды. Назначение инструмента обнаружение и исследование быстропротекающих явлений в ближнем и дальнем космическом
пространстве. Основным режимом наблюдений является оптический мониторинг небесной
сферы с высоким временным разрешением, который дополняется детальным исследованием
обнаруживаемых в режиме мониторинга транзиентов посредством быстрого сведения всех
девяти каналов в его направлении с одновременной установкой фильтров. Завершается создание
двух систем-прототипов Mini-MegaTORTORA, одна из которых, ММТ-6, состоит из 6-ти
светосильных объективов Canon EF85 f/1.2, снабженных комбинированным детектором из ЭОП
с арсенид-галлиевым фотокатодом и TV-CCD Sony, тогда как вторая, ММТ-9, состоит из тех же
объективов, снабжённых быстрыми малошумящими КМОП-камерами Andor Neo sCMOS.
2. Разработано специализированное программное обеспечение, предназначенное для анализа
изображений, получаемых с широкопольных мониторинговых камер. Основным требованием
являлась возможность обработки информации в реальном времени для потоков данных
субсекундного временного разрешения. В связи с этим развиты быстрые статистические методы
выделения транзиентных событий, основанные на анализе временного поведения отсчетов в
каждом из пикселей, оптимизированные методики определения параметров обнаруженных
объектов и критерии классификации, разделяющие их на шумовые, движущиеся (спутники,
метеоры, мусор), а также неподвижные транзиенты. Типичное время, требуемое для вынесения
суждения о природе объекта, составляет 0.4 секунды с момента его регистрации (временная
шкала 3 последовательных кадров). Разработаны также методики анализа данных более низкого
временного разрешения, полученных при суммировании фиксированного набора исходных
кадров (как правило, ста) для эффективного временного разрешения 13 секунд. При этом
регистрируются позиционные и фотометрические данные для всех наблюдающихся в поле
зрения камеры объектов и проводится их сравнение с информацией из существующих каталогов
опорных звезд и спутников, а также самоподдерживаемого каталога результатов предыдущих
наблюдений.
Рис. 3. Слева — различные режимы функционирования девятиканального базового блока
системы MegaTORTORA и её прототипов — систем Mini-MegaTORTORA. Слева – режим
широкопольного мониторинга в белом цвете либо в одном из цветовых фильтров. Посередине –
введение в световой пучок цветовых и поляризационных фильтров как первый шаг после
обнаружения оптических транзиентов. Справа – перенаведение всех объективов на поле,
содержащее транзиент, для получения информации о нем в трех различных фотометрических
полосах при трех ориентациях плоскости поляризации (показанных различными направлениями
штриховки) одновременно. Точное время, необходимое для перехода из одного режима в
другой, зависит от аппаратной конфигурации, но, ожидается, что оно не будет превосходить 0.3
секунды. Справа — отдельный канал системы-прототипа Mini-MegaTORTORA (MMT-9)
3. Завершено статистическое исследование статистических свойств выборки из 270 одиночных
радиопульсаров с известными первыми и вторыми производными частоты вращения.
Предложена модель замедления их вращения, состоящая из двух компонент, монотонной и
долговременной циклической, и определены их параметры. Показано, что монотонная
составляющая замедления описывается классическим магнитодипольным степенным законом с
показателем торможения n~3, а большая величина амплитуды циклической составляющей
обуславливает существенное изменение наблюдаемого темпа замедления (по отношению к
магнитодипольному), а также полностью определяет наблюдаемые аномальные значения вторых
производных и показателей торможения.
В контексте поисков физических механизмов, обусоавливающих изученный эффект, проведено
аналитическое рассмотрение влияния сложного вращения нейтроной звезды под действием
произвольно направленного момента сил на наблюдаемый период пульсара. В такой ситуации
наблюдатель проходит через диаграмму направленности пульсара через промежутки времени, не
тождественные периоду его вращения, что влияет как на мгновенное значение, так и на
эволюцию наблюдаемого периода.
В ходе работы было получено аналитическое выражение, связывающее наблюдаемую частоту
пульсаций с физической частотой, а так же частотой т.н. аномальной прецессии и скоростью
изменения магнитного угла пульсара. Из вида полученной связи следует, что аномальная
прецессия, являясь циклическим процессом, не привносит при этом циклической добавки в
наблюдаемую эволюцию периода пульсара. Однако, если величина (и направление) момента
силы, тормозящего звезду, изменяются во времени немонотонно, то это может проявляться в
эволюции наблюдаемого периода в том числе и благодаря такому геометрическому «каналу»
(механизму).
4. Продолжено развитие методов поиска релятивистских объектов – компонентов распавшихся
двойных систем - по данным о кинематике и возрастах их бывших компаньонов одиночных
пульсаров. Определен набор боксов с размерами от 0.5 до 2-3 градусов, где возможна
локализация черных дыр, входивших в двойные системы. Проводится кросс-отождествление
всех каталогов и баз данных для выделения популяции объектов без линий в спектрах,
попадающих в эти боксы.
3. Перечень программ, грантов, договоров, контрактов и др., по которым
велись работы в подразделении
а. грант РФФИ 12-02-00743
б. грант фонда “CARIPLO” (The Landau Network-Cento Volta, Italy) (2012) – Г.М. Бескин
в. грант “7 Framework Programme on Research, Technological Development and Demonstration” ,
Испания, (2011-2013) Г.М. Бескин, С.В. Карпов
г. грант фонда «Династия» - С.В.Карпов
4.1 Список вышедших из печати статей в научных журналах
1. Chmyreva, E. G.; Beskin, G. M.; Biryukov, A.V., Search for possible connections between isolated
radio pulsars and supernova remnants, Search for possible connections between isolated radio pulsars
and supernova remnants, Astrophysical Bulletin, Volume 67, Issue 2, pp.160-176
2 . Biryukov, A.V., Beskin, G.M., Karpov, S.V., Monotonic and cyclic components of radio pulsar
spin-down, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 420, 1, 103-117
3. Karpov, S. V.; Malkov, O. Yu.; Mironov, A. V.А. Cross-identification of large surveys for finding
interstellar extinction, Astrophysical Bulletin, 2012, Volume 67, Issue 1, pp.82-89
4.Malkov, O.; Dluzhnevskaya, O.; Karpov, S.; Kilpio, E.; Kniazev, A.; Mironov, A.; Sichevskij, S.
Cross Catalogue Matching with Virtual Observatory and Parametrization of Stars, 2012, Baltic
Astronomy, Vol. 21, p. 319-330
4.3 список принятых к печати в научные журналы и сборники статей
1. Karpov, S. V.; Malkov, O. Yu.; Mironov, A. V.А. Cross-identification of large surveys for finding
interstellar extinction, Astrophysical Bulletin, 2012, Volume 67, Issue 1, pp.82-89
2. S.Karpov, G.Beskin, S.Bondar et al., Evidences of the central engine activity in the Naked-Eye Burst
prompt optical emission, Bulletin Astronomical Society of India. ASI Conference Series, 2012,
5, 69-79
3. G.Beskin, S.Karpov, V.Plokhotnichenko et al., Searching for fast optical transients by means of a
wide-field monitoring observations with high temporal resolution, Bulletin Astronomical Society of
India. ASI Conference Series, 2012, 5, 49-57
4. G.Beskin, S.Karpov, V.Berkutov, et al., Wide and fast. Status update on FAVOR project and
MegaTORTORA system, Bulletin Astronomical Society of India. ASI Conference Series,
2012, (in press)
5. S.Karpov, M.Sokolowski, E.Gorbovskoy., All Sky Coordination Initiative simple service for widefield monitoring systems to cooperate in searching for fast optical transients, Bulletin Astronomical
Society of India. ASI Conference Series, 2012, (in press)
6. G. Beskin, S. Bondar, S. Karpov, et al., SAINT Small Aperture Imaging Network Telescope for
studying variability of cosmic objects, Bulletin Astronomical Society of India. ASI Conference Series,
2012, (in press)
7. Karpov S., Beskin G., Bondar S., et al. Status and perspectives of Mini-MegaTORTORA wide-field
monitoring system with high temporal resolution, 2012, Acta Polytechnica, 1-6, (in press)
8. Beskin G., Greco G., Oganesyan G., Karpov S., On some statistical properties of GRBs with
measured redshifts having peaks in optical light curves, Acta Polytechnica, 2012, 1-6, (in press)
9. G. Beskin, G. Oganesyan, G. Greco, S. Karpov, Statistical properties of GRB afterglow parameters
as evidence of host galaxy cosmological evolution, The Proceedings of the II Workshop on Robotic
Astronomical Observatories ("Robotic Astronomy 2011"). EAS Publications Series, 2012, 1-4, (in
press)
10. S. Karpov, G. Beskin, S. Bondar, et all, Status and perspectives of Mini-Megatortora wide-field
monitoring system with high temporal resolution, The Proceedings of the II Workshop on Robotic
Astronomical Observatories ("Robotic Astronomy 2011"). EAS Publications Series, 2012, 1-5, (in
press)
11. Г. Бескин, С. Карпов, Широкоугольный оптический мониторинг высокого временного
разрешения и открытие быстрой оптической переменности гамма-всплеска GRB 080319B. В кн:
Труды летней школы Фонда Дмитрия Зимина "Династия" (7-ой Школы современной
астрофизики), гл V, 2012, URSS, Москва, 417-442
5. Участие в работе и организации конференций в 2012году:
5.2
1. Съезд Астрономического общества, май, Москва - Г.Бескин, приглашенный доклад.
2. Конференция Связь между рентгеновской и оптической астрономией, июнь, Чехия С.Карпов, 2 доклада
3. Конференция по гамма-всплескам, октябрь, Испания – С.Карпов, доклад и постер
6. Защита и представление диссертации. Оппонирование по диссертациям, написание
отзывов на диссертации и авторефераты. Рецензирование, экспертиза, участие в
конкурсных комиссиях.
1. Защита Г.Бескиным докторской диссертации «Исследование быстрой переменности
релятивистских и нестационарных объектов», САО РАН, апрель 2012 г.
2. Бирюков В.С.  аспирант (2011 г.), тема «Поиск оптических транзиентов при мониторинге
широких полей»  руководитель Г.М. Бескин
7. Международные связи (командировки, прием иностранных ученых, договора,
научное сотрудничество страна-институт-тема):
поездки:
Бескин Г.М., командировка в Итали, сентябрь -декабрь.
Карпов С.В. , командировка в Чехию, май - июнь.
Карпов С.В., командировка в Испанию, октябрь
Карпов С.В., командировка в Чили, Ирландию,
прием:
Солин А.В., Солин А.А., Беларусь, октябрь 2012 года
8. Сотрудничество с вузами, руководство курсовой и дипломной работами.
Преподавательская деятельность:
1. Научно-образовательный центр САО – заведующий учебно-методическим отделом (Г.М.
Бескин), лекции, практические занятия (Г.М. Бескин, В.Л. Плохотниченко, С.В. Карпов).
9. Присуждение стипендий, премий, наград. Участие в работе выставок. Авторские
свидетельства.
1. Стипендия фонда «Династия» в рамках программы поддержки молодых ученых со степенью
кандидата наук при содействии Международного центра фундаментальной физики в Москве
(2012) – С.В. Карпов .
2. Грант фонда Карипло (Италия) – Г.М.Бескин.
10. Научно-популяризаторская работа
1. Чтение лекций – Г.М. Бескин, С.В. Карпов.
Руководитель группы РА
Г.М. Бескин