CC BY
16
УДК 523.165
ОБЪЕКТ TeV J2032+4130 ПРИ СВЕРХВЫСОКИХ
ЭНЕРГИЯХ
В. Г. Синицина1, В.Ю. Синицина1, К. А. Балыгин1'2, С. С. Борисов1,
И. А. Иванов1, А. М. Кириченко1'2, А. И. Климов1'2, И. П. Кожухова1, Р. М. Мирзафатихов1, Н.И. Мосейко1,2, И. Е. Осташев1,2
Область Cygnus-X включает в себя большое количество источников, генерирующих излучение в широком диапазоне энергий, таких как области активного звездообразования, пульсары и остатки сверхновых. Ряд объектов были обнаружены при высоких и сверхвысоких энергиях. Один из них - TeV J2032+4130, открытый из-за своей близости к известному микроквазару Cyg X-3, является объектом неустановленной природы и активно исследуется при разных энергиях. Представлены результаты двадцатилетних наблюдений объекта - TeV J2032+4130 в эксперименте ШАЛОН. Полученные данные о потоках, форме спектра и морфологии TeV J2032+4130 в дальнейшем помогут установить тип данного объекта и пролить свет на природу источника.
Ключевые слова: область Cygnus-X, излучение сверхвысоких энергий, объект TeV J2032+4130.
Введение. Область Cygnus-X одна из ярчайших областей во всех диапазонах электромагнитного спектра и содержит ряд потенциальных источников ГэВ-го и ТэВ-го излучения. Объекты, связанные с этой областью, включают в себя ассоциацию Лебедь ОВ2, микроквазар Cyg X-3, остаток сверхновой yCygni SNR и TeV J2032+4130. Некоторые из перечисленных объектов были обнаружены при высоких энергиях телескопом
1 ФИАН, 119991 Россия, Москва, Ленинский пр-т, 53; e-mail: sinits@sci.lebedev.ru.
2 Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт", 123182 Россия, Москва, пл. Академика Курчатова, 1.
Fermi LAT [1-3] и ранее телескопом EGRET [4, 5], а также при сверхвысоких энергиях установкой MILAGRO [6] и черенковскими телескопами Whipple [7], HEGRA [8], ШАЛОН [9-11], VERITAS [12] и MAGIC[13].
TeV J2032+4130 был обнаружен в наблюдениях 1999-2001 гг. телескопом HEGRA [8] при энергиях > 1 ТэВ и стал первым источником ТэВ-го излучения, не совпадающим с каким-либо ярким объектом, видимым при других энергиях, а также стал первым протяженным источником излучения сверхвысоких энергий.
На телескопе ШАЛОН впервые получены характеристики источника TeV J2032+4130 в широком диапазоне энергий от 1 до 50 ТэВ. Представленные здесь данные об объекте TeV J2032+4130 являются результатом двадцатилетних исследований области Cygnus-X в эксперименте ШАЛОН.
TeV J2032+4130. В рамках долгосрочных исследований излучения микроквазара Cyg X-3 [9-11] при сверхвысоких энергиях, на высокогорных зеркальных черенковских телескопах ШАЛОН проведены наблюдения области Cygnus-X и принадлежащих ей объектов, включающих TeV J2032+4130.
TeV J2032+4130 находится в поле зрения телескопа ШАЛОН на расстоянии ~ 0.5° на север от Cyg X-3. Таким образом, благодаря большому полю зрения телескопа ШАЛОН
Рис. 1: Характеристики источника ТеУ ,12032+4130: (а) интегральный спектр 7-квантов в области энергий 1-50 ТэВ; (б) изображение ТеУ ,2032+4130 по данным телескопа ШАЛОН в области энергий > 0.8 ТэВ.
(> 8°), наблюдения Cyg X-3 автоматически сопровождаются наблюдениями объекта TeV J2032+4130.
В результате, как источник, сопровождающий Cyg X-3, объект TeV J2032+4130 систематически наблюдается телескопом ШАЛОН (с 1995 г. по настоящее время) в ясные безлунные ночи под зенитными углами от 5 до 34 градусов. Наблюдения проводились по стандартной для телескопа ШАЛОН методике получения информации о фоне космических лучей и ливнях, инициированных 7-квантами, в одном и том же сеансе наблюдений [14-16]. При обработке данных наблюдений TeV J2032+4130 был зарегистрирован телескопом ШАЛОН при энергиях больше 0.8 ТэВ на уровне 31а, определяемом по Li&Ma [17]. Среднее значение интегрального потока при энергиях больше E = 0.8 ТэВ для TeV J2032+4130 составляет IreVJ2032+4130(> E) = (0.84±0.05) ■ 10-12 см-2с-1 (рис. 1(а)). При обработке данных наблюдений Cyg X-3 по критериям отбора относительно самого Cyg X-3 и с привязкой к TeV J2032+4130, количество 7-ливней, общих для первого и второго источника, составило 8.1%. Распознание принадлежности общих ливней к каждому из перечисленных источников произведено по определению углового расстояния между направлением прихода ливня и координатами источника. В результате количество 7-ливней от Cyg X-3 уменьшилось на ~4%, что не меняет зарегистрированную величину потока гамма-излучения от источника Cyg X-3.
При двадцатилетних наблюдениях TeV J2032+4130 телескопом ШАЛОН была обнаружена вариация потока излучения с энергиями > 0.8 ТэВ. Значение среднего интегрального потока при энергиях > 1 ТэВ в периоды наблюдений 1995-1998 гг.; 20032006 гг.; 2013-2015 гг. составило (1.01 ± 0.15) ■ 10-12 см-2с-1; в 1998 г., 2001 г., 2002 г., 2010 г. и 2016 г. (0.58 ± 0.12) ■ 10-12 см-2с-1; а в 1999, 2000, 2011 и 2012 годах был зарегистрирован низкий поток (0.12 ± 0.09) ■ 10-12 см-2с-1.
Энергетический спектр 7-квантов объекта TeV J2032+4130 в диапазоне энергий от 0.8 до 50 ТэВ по данным телескопа ШАЛОН представлен на рис. 1(а). При энергиях 0.815 ТэВ интегральный спектр TeV J2032+4130 описывается степенным законом I (E0 > 0.8 ТэВ) a Ek, где k = -0.73 ± 0.10 (см. рис. 1(а)). Также на рис. 1(б) представлено изображение источника в ТэВ-ом диапазоне энергий, полученное с помощью телескопа ШАЛОН. Анализ направлений прихода 7-ливней показал, что излучение приходит из широкой области размером ~ 10', которая совпадает с данными экспериментов HEGRA [8], VERITAS [12] и MAGIC [13], приведёнными в литературе.
В области сверхвысоких энергий данные об энергетическом спектре TeV J2032+4130 были получены в разные годы на наземных телескопах HEGRA[8], VERITAS [12] и
Рис. 2: (а) Дифференциальный спектр источника TeV J2032+4130 по данным телескопа ШАЛОН(к) в сравнении с результатами экспериментов HEGRA, VERITAS, MAGIC и MILAGRO (см. текст).
MAGIC [13] и на установке MILAGRO [6]. На рис. 2 представлено сравнение дифференциальных спектров TeV J2032+4130 по данным телескопов ШАЛОН (1995-2016 гг.), VERITAS (2009-2012 гг.), MAGIC (2005-2007 гг.) и данные MILAGRO (2011 г.).
В эксперименте VERITAS дифференциальный спектр определён в диапазоне энергий 700 ГэВ-16 ТэВ и описывается степенным законом dN/dE = C • (E/1TeV)-г с показателем Г = 2.1 ± 0.14stat ± 0.21sys и C = (9.5 ± 1.6stat ± 2.2sys) • 10-13 см-2сек-1 и X2 = 0.9 по 5 степеням свободы.
Дифференциальный спектр по данным телескопа MAGIC описывается степенным законом с величиной x2/Dof = 0.3 и может быть представлен в форме dN/dE = (4.5 ± 0.3) • 10-13 • (E/1TeV)-2.°±°.3.
^ектр TeV J2032+4130 в диапазоне энергий 1-10 ТэВ был получен телескопом HEGRA в наблюдениях 1999-2002 годов dN/dE = C • (E/1TeV)-г с параметрами дифференциального спектра C = (6.2 ± 1.5stat ± 1.3sys) • 10-13 см-2сек-1 и Г = 1.9 ± 0.1stat ± 0.3sys.
Форма дифференциального спектра, полученного в эксперименте ШАЛОН в диапазоне энергий от 0.8 до 35 ТэВ, описывается жёстким степенным законом с экспоненциальным обрезанием (см. рис. 2, A) dN/dE = (7.1 ± 1.1) • 10-13 х (EY/1 ТэВ)-1'50±0Л1 exp(-EY/16 ± 3 ТэВ) с x2/Dof = 1.31 при числе степеней свободы Dof = 8.
Природа протяжённого объекта TeV J2032+4130 до сих пор не ясна. С момента обнаружения TeV J2032+4130 было предпринято несколько наблюдений в рентгеновском диапазоне энергий 0.1-10 кэВ и 0.2-12 кэВ телескопами Chandra, XMM-Newton. Телескопами Chandra и XMM-Newton в области TeV J2032+4130 были обнаружены многочисленные точечные источники, после выделения которых XMM-Newton обнаружил область протяжённого рентгеновского излучения (см. [12, 18]). Радионаблюдения, предпринятые на GMRT, выявили по крайней мере три источника нетеплового радиоизлучения и область нетеплового диффузного излучения. Кроме того, в наблюдения VLA была зарегистрирована оболочко-образная область слабого радиоизлучения [18], коррелирующая с положением области ТэВ-го излучения обнаруженного в наблюдениях HEGRA, VERITAS, MAGIC и ШАЛОН.
зЗаключение. Представлены результаты долговременных наблюдений объекта TeV J2032+4130 с помощью зеркального черенковского телескопа ШАЛОН. Полученные и уточнённые данные о потоках, форме спектра в широком диапазоне энергий и морфологии TeV J2032+4130, в дальнейшем помогут установить тип данного объекта и пролить свет на природу источника.
ЛИТЕРАТУРА
[1] A. A. Abdo, B. Allen, D. Berley, et al., Astrophys. J. 658, L33 (2007).
[2] A. A. Abdo, M. Ackermann, M. Ajello, et al., Science 326, 1512 (2009).
[3] A. A. Abdo, M. Ackermann, M. Ajello, et al., Astrophys. J. 187, 460 (2010).
[4] D. J. Thompson, D. L. Bertsch, B. L. Dingus, et al., Astrophys. J. Suppl. Ser. 101, 259
(1995).
[5] J. A. Esposito, S. D. Hunter, G. Kanbach and P. Sreekumar, Astrophys. J. 461, 820
(1996).
[6] A. A. Abdo, B. T. Allen, T. Aune, et al., Astrophys. J. 734, 28 (2011).
[7] J. H. Buckley, C. W. Akerlof, D. A. Carter-Lewis, et al., Astron. Astrophys. 329, 639
(1998).
[8] F. Aharonian, A. Akhperjanian, M. Beilicke, et al., Astron. Astrophys. 431, 197 (2005).
[9] V. G. Sinitsyna, in Proc. 16th European Cosmic Ray Symposium, Madrid, 1998, ed. J. Medina (Alcala de Henares: Universidad de Alcala, Spain, 1998), p. 383.
[10] В. Г. Синицина, В. Ю. Синицина, Краткие сообщения по физике ФИАН 40(5), 9
(2013).
[11] V. G. Sinitsyna and V. Y. Sinitsyna, EPJ Web of Conferences 145, 04002 (2017).
[12] E. Aliu, T. Aune, B. Behera, et al., Astrophys. J. 783, 16 (2014).
[13] J. Albert, E. Aliu, H. Anderhub, et al., Astrophys. J. 675, L25 (2008).
[14] V. G. Sinitsyna, Nuovo Cimento 19C(6), 965 (1996).
[15] В. Г. Синицина, В. Ю. Синицина, Письма в Астрономический журнал 40(2-3), 93
(2014).
[16] V. G. Sinitsyna, V. Y. Sinitsyna, S. S. Borisov, et al., Adv. Space Res. doi:10.1016/j.asr.2017.04.007 (2017) (in press).
[17] T.-P. Li and Y.-Q. Ma, ApJ 272, 317 (1983).
[18] Y. M. Butt, J. A. Combi, J. Drake, et al., Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 385, 1764 (2008).
Поступила в редакцию 4 июля 2017 г.
