Лаборатория Астрофизики объектов с экстремальным энерговыделением

1. Лаборатория Астрофизики объектов с экстремальным энерговыделением Рентгеновское изображение пульсарной туманности в созвездии Парусов ( Г.Г. Павлов / NASA / PSU ) Договор 11.G34.31.0001 между Минобрнауки, ФГБОУ «СПбГПУ» и ведущим учёным Г.Г. Павловым

2. Космические объекты с экстремальным энерговыделением:цели и методы исследования Остатки сверхновых звёзд, пульсары и пульсарные туманности, источники космических гамма-всплесков – это объекты с экстремальным энерговыделением, позволяющие изучать фундаментальные механизмы преобразования различных форм энергии, а также свойства вещества и излучения в условиях, недостижимых в земных лабораториях. Задачи проекта: а) Создание современного научного центра фундаментальных междисциплинарных исследований и космических технологий для активного участия в международных проектах перспективных орбитальных и наземных телескопов и повышения международного престижа Российской науки; б) Подготовка высококвалифицированных кадров для перспективных областей космических исследований. Методы исследования: а) Всеволновые наблюдения в диапазоне от радио- до гамма-лучей на самых крупных современных орбитальных и наземных обсерваториях, б) Создание перспективных систем детектирования жёсткого излучения космических объектов для современных и будущих телескопов, в) Создание современных аналитических и численных моделей космических объектов с экстремальным энерговыделением.

3. Научный коллектив В составе научного коллектива 56 человек, в том числе: -- 16 студентов и аспирантов, -- 13 молодых кандидатов наук, -- 12 профессоров, -- 1 член-корр. РАН. В коллектив входят представители 4 кафедр: -- Кафедры космических исследований ФТФ, -- Кафедры твердотельной электроники ФТФ, -- Кафедры теоретической физики ФМФ, -- Кафедры высшей математики ФМФ.

4. Что сделано в 2011 году -- опубликовано 68 статей в ведущих международных и отечественных журналах -- сделано 98 докладов на международных и всероссийских конференциях и семинарах -- опубликовано 64 международных циркулярас приоритетными данными эксперимента по временным профилям и энергетическим характеристикам космических гамма-всплесков -- защищены 4 кандидатские диссертации -- проведено 4 стажировки молодых специалистов в ведущих научных центрах США и Европы -- проведено 2крупные международные астрономические конференции и конференция по физике и астрономии для научной молодежи СПб, а также 4 международных рабочих совещания и семинара -- созданы 3 новых лабораторных установки для обучения студентов -- на ФТФ открыта программа повышения квалификации специалистов-астрофизиков -- зарегистрирован и поставлен на баланс СПбГПУ объект интеллектуальной собственности – код для моделирования астрофизической плазмы -- начаты работы по созданию высокочувствительных полупроводниковых детекторов оптических сигналов для гамма-телескопа АLEGRO -- изготовлены электронные узлы для экспериментов по исследованию гамма-всплесков на орбитальных обсерваториях «Спектр-УФ» и «ГАММА-400»

5. Примеры наблюдательных результатов и их интерпретации Открыты рентгеновские туманности вокруг массивныхдвойных систем с нейтронными звездами (B1259-63, LS 5039 ) Релятивистские электроны пульсарного ветра выдува- ются из системы ветром массивной компоненты и генерируют синхротронное излучение LS 5039 B1259-63

6. Обнаружено винтовое движение джета пульсара B0833-45 (Vela pulsar) – “космический штопор” Объясняется прецессией пульсара (нейтронной звезды) с периодом 123 дня, раствор конуса прецессии ~5 градусов.

7. Создана и размещена на сайте СПбГПУ база данных о пульсарных туманностях

8. Получены многоволновые спектры пульсаров B0656+14 и J0437-4715 (инфракрасный, оптический, ультрафиолетовый, рентгеновский, игамма-диапазоны) PSR B0656+14 PSR J0437-4715 Излучение в далеком ультрафиолете и мягком рентгене излучается поверхностью нейтронной звезды (T ~ 105 K), в остальных диапазонах – релятивистскими электронами в магнитосфере пульсара

9. Объяснены вспышки гамма-излучения Крабовидной туманности в диапазоне сотен MэВ Вспышки происходят в результате флуктуаций магнитного поля, вызванных релятивистской ионно-циклотронной неустойчивостью в области фронта ударной волны (termination shock).

10. Нашу работу отметило Королевское астрономическое общество Великобритании

11. Оборудование лаборатории Вычислительный комплекс используется для -- обработки и анализа данных орбитальных экспериментов -- количественного моделирования объектов с экстремальным энерговыделением

12. Оборудование лаборатории Термокамера служит для изучения характеристик детекторов и блоков бортовой электроники в условиях, приближенных к орбитальным. Анализатор спектров получает информацию от детекторов «Конус», находящихся в камере.

13. Оборудование лаборатории Современныекристаллы LaBr(3) и сцинтиблокиявляются основой нового поколения гамма-детекторов «Конус»

14. Оборудование лаборатории Современныеосциллографы с полосой пропускания до 1 ГГцпозволяют проектировать, создавать и испытывать орбитальные детекторы нового поколения и блоки бортовой электроники

15. Учебно-научные лабораторные установки Стенд «Пингвин-МД» содержит копию детектора и управляющей схемы орбитального рентгеновского поляриметра. Разработана методика обучения студентов и научных сотрудников работе с поляриметром и его данными.

16. Учебно-научные лабораторные установки Стенд «Конус-У» содержит копию орбитального гамма-детектора «Конус» и блока управляющей электроники. Студенты и научные сотрудники учатся измерять естественный гамма-фон и линию радиоактивного 40К (1,46 МэВ)

17. Учебно-научные лабораторные установки Спектрометрический тракт – важнейшая составляющая блоков бортовой электроники. На этом стенде-конструкторе студенты учатся рассчитывать и создавать тракты, анализировать спектры жесткого космического излучения.

18. Учебно-научные лабораторные установки Оригинальное программное обеспечение позволяет моделировать гамма-спектры реальных космических объектов и рассчитывать оптимальные параметры блоков тракта, позволяющие извлекать из наблюдений максимум полезной информации

19. Учебно-научные лабораторные установки С помощью прототипа телескопа космических лучей студенты могут регистрировать потоки космических электронов и мюонов в различных апертурах, и таким образом, изучать пространственное распределение этих частиц.

20. Перспективные разработки Для регистрации космического гамма-излучения с помощью черенковского телескопа ALEGRO в лаборатории разрабатываются сверхчувствительные кремниевые детекторы – лавинные фотодиоды.

21. Перспективные разработки Новая установка осушки кислорода позволяет подготавливать кремниевые пластины к формированию детекторных структур

22. Планы на 2012 год -- создание перспективных детекторов космического гамма-излучения: а) новых гамма-детекторов и блоков бортовой электроники для орбитальных экспериментов «Спектр-УФ», «ГАММА-400» и др. б) сверхчувствительных детекторовна основе лавинных фотодиодов для наземного гамма-телескопа ALEGRO -- наблюдения космических объектов с экстремальным энерговыделением: пульсаров и пульсарных туманностей, гамма-всплесков, остатков сверхновых звезд на крупнейших орбитальных и наземных обсерваториях -- количественное моделирование процессов преобразования различных форм энергии в космических объектах с экстремальным энерговыделением -- формирование консорциума и рабочих групп для реализации проекта наземного гамма-телескопа ALEGRO -- работа в оргкомитетах международных симпозиумов по физике пульсаров (Zielona Gora, Poland, April 2012), астрофизике бесстолкновительных ударных волн (Bern, Switzerland, April 2012), гамма-астрономии (Heidelberg, Germany, July 2012), и др. -- широкое участие в международных конференциях по физике нейтронных звезд, астрофизике межзвездной среды, гамма-астрономиии др. -- защита 2 бакалаврских, 5 магистерских, 1 кандидатской и 1 докторской диссертации -- удвоение вычислительных мощностей лабораторного кластера

23. Формальные показатели проекта в 2012 году передача оборудо- вания в осеннем семестре заявка подана

24. Вклад лаборатории АОЭЭ в инфраструктуру СПбГПУ 1. Разработка современных лекционных курсов по основным направлениям астрономии, астрофизики и смежных разделов физики. 2. Оснащение университета современным оборудованием: -- вычислительные мощности -- учебно-научная лаборатория, содержащая а) современные испытательно-аналитические стенды и б) прототипы современных детекторов космического излучения и ускоренных частиц 3. Повышение интереса к СПбГПУ среди абитуриентов за счет активного вовлечения студентов и аспирантов в научные исследования мирового уровня. 4. Повышение международного престижа СПбГПУ за счет приглашения ведущих специалистов из Европы и США к участию в организуемых членами научного коллектива конференциях, семинарах и рабочих совещаниях. 5. Повышение международного престижа СПбГПУ за счет участия членов научного коллектива в крупнейших международных научных симпозиумах и конференциях, в том числе, в качестве приглашенных докладчиков и членов научных комитетов и комиссий.

25. Спасибо за внимание! P.S. Полный текстотчета ЛАОЭЭ за 2011 год (65 стр.) доступен на сайте лаборатории по адресу: http://nru.spbstu.ru/srw_government/mnl_aoee/

27. ALEGRO – уникальный гамма-телескоп для исследования быстропеременных процессов в космических источниках с экстремальным выделением энергии