Барков Максим Владимирович
«Астрофизика сверхвысоких энергий»
Описание курса:
Предлагаемый теоретический курс "Астрофизика сверхвысоких энергий" (АСВЭ) фокусируется на результатах полученных при наблюдениях астрофизических фотонов и частиц с энергиями более МэВ, в то время как классическая "Астрофизика высоких энергий" (АВЭ) фокусируется на рентгеновском излучении (кэВ). Соответственно АСВЭ оперирует и фокусируется на веществе и объектах во вселенной в наиболее экстремальных условиях. АВЭ зародилась в конце 60-х годов прошлого века, что было связанно с выходом приборов наблюдения за пределы атмосферы земли, и прошла революционный пик в своем развитии в 70-х годах прошлого века, а сейчас успешно и стабильно развивается. Ввод в строй атмосферных черенковских телескопов (HESS, MAGIC, VERITAS) и спутника Ферми в конце 00-х революционизировало область гамма-астрономии сверхвысоких энергий. Появилось много новых классов объектов ярких в гамма диапазоне с неожиданными свойствами. Сейчас вводятся в строй новые наблюдательные инструменты с чувствительностью в 10-100 раз более высокой по сравнению с установками первого поколения (HAWC, CTA, Lhasaa). В прошлом десятилетии была измерена анизотропия космических лучей на небе. На установке IceCube задетектированны астрофизические нейтрино сверхвысоких энергий и открыта их связь с активными ядрами галактик. Сейчас активно развивается нейтринный телескоп на озере Байкал. Автор курса активно работает в области АСВЭ более десяти лет и является экспертом мирового уровня. Курс будет давать общую картину и позволит на основе наблюдательных данных самостоятельно разработать или верифицировать теоретическую модель, предлагаемую другими авторами. Область АСВЭ бурно развивается и будет развиваться, соответственно необходима подготовка специалистов как в наблюдательных методах, так и в теоретических. В конечном итоге курс АСВЭ позволит студенту выбрать область специализации, а специалистам из других областей даст понимание современного состояния в АСВЭ, позволит расширить их научный кругозор и покажет перспективные области междисциплинарных контактов.
План курса:
Лекция 1
Введение в астрофизику сверхвысоких энергий: объекты исследований и методы наблюдений.
Лекция 2
Релятивистская кинематика. Преобразования Лоренца. Преобразования скоростей. Релятивистская аберрация. Преобразование величин, относящихся к излучению. Релятивистские инварианты.
Лекция 3
Тормозное излучение. Релятивистское обобщение формулы Лармора. Синхротронное излучение одного электрона. Полные потери энергии. Изгибное излучение. Томсоновское рассеяние. Формула Комптона. Обратное комптоновское рассеяние в томсоновском приближении. Потери энергии одного электрона при комптоновском рассеянии.
Лекция 4
Адронные процессы рождения фотонов и нейтрино (протонный синхротрон, протон-протонное, фотомезонное взаимодействие). Черенковское излучение релятивистских частиц. Потери энергии заряженных частиц при распространении в межгалактической среде. Эффект Грайзена-Зацепина-Кузьмина.
Лекция 5
Сечения электромагнитных процессов в КЭД. Рождение и аннигиляция пар. Параметр компактности астрофизических источников и его физический смысл. Параметр компактности гамма-всплесков. Горизонт видимости высокоэнергичных фотонов во Вселенной.
Лекция 6
Методы детектирования гамма-излучения сверхвысоких энергий: космические аппараты, наземные оптические Черенковские телескопы, наземные детекторы широких атмосферных ливней. Методы детектирования нейтрино сверхвысоких энергий.
Лекция 7
Космические лучи. Ферми ускорение. Пересоединения. Критерий Хиласа. Гамма излучение галактического диска и галактического центра. Пузыри Ферми и eROSITA. Оценка физических параметров.
Лекция 8
Остатки сверхновых. Ускорение космических лучей и напряженность магнитного поля. Лептонные и адронные модели излучения.
Лекция 9
Современные представления о потерях энергии вращения нейтронных звёзд в пульсарах. Плерионы. Быстро движущиеся одиночные пульсары и структуры с ними связанные.
Лекция 10
Гамма-яркие двойные звезды. Наблюдения и возможные модели.
Лекция 11
Механизм Блэндфорда-Знаека и Блэндфорда-Пэйна. Ускорение и коллимация струйных выбросов.
Лекция 12
Активные ядра галактик и квазаров. Основные наблюдаемые характеристики и феноменологические зависимости. Физические механизмы активности. Природа стационарных источников гамма-излучения.
Лекция 13
Быстрая переменность в активных ядрах галактик, модели, моделирование и критика.
Лекция 14
Нейтрино сверхвысоких энергий и что мы видим на небе. Обсуждение возможных источников.
Лекция 15
Космические гамма-всплески. Основные феноменологические данные. Методы наблюдений. Проблема компактности и необходимость релятивистского течения. Основные физические модели. Модели излучения гамма-всплесков.
Лекция 16
Послесвечения космических гамма-всплесков. Релятивистские радиационно-доминированные ударные волны. Комптонизация излучения и её наблюдательная проверка. Альтернативные модели излучения. Связь с гравволновыми событиями.
