Cosmic ResearchCosmic ResearchКосмические исследования0023-42063034-5502The Russian Academy of Sciences67281810.31857/S0023420624050076IHFWLWArticlesСтатьиResearch ArticleМонте-Карло исследование средних спектров мощности гамма-всплесковМонте-Карло исследование средних спектров мощности гамма-всплесковЛозниковВ. М.
Russian Federation
vloznikov@yandex.ruИнститут космических исследований РАН0612202462548249727022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0023-4206/article/view/672818

На основе результатов нескольких работ, посвященных исследованию средних спектров мощности (<PDS>) гамма-всплесков (GRB), составлен перечень особенностей <PDS>, которые необходимо объяснить. Используя доказанную в ряде публикаций возможность разложения временного профиля каждого гамма-всплеска в сумму нескольких двухсторонних импульсов, производится моделирование GRB во временной области и исследование средних спектров мощности моделей в частотной области. Сделаны краткие обзоры результатов ряда теоретических работ. Проведена Монте-Карло симуляция временных рядов, состоящих из совокупности двухсторонних импульсов с пуассоновским распределением положения импульсов на временной шкале, при различных формах импульсов и распределениях амплитуды и длительности импульсов. Все основные свойства среднего спектра мощности, имеющего форму квази-Лоренциана, теоретически выведенные в различных опубликованных исследованиях, подтверждены. <PDS>-суперпозиции двухсторонних импульсов, случайно распределенных во времени, не описываются единым степенным законом. В общем случае, форма <PDS> состоит из трех квазистепенных участков, разделенных двумя изломами. Положение двух изломов в <PDS> определяется параметрами асимметрии и эффективной длительности импульсов. Распределение длительности импульсов и их форма влияют на форму <PDS>, а распределение амплитуды импульсов практически не оказывает такого влияния. Величина перемежаемости (при больших значениях γ ≥ 1) влияет на форму <PDS>. Основываясь на предшествующих теоретических работах и проведенных в настоящем исследовании Монте-Карло симуляциях, можно утверждать, что все особенности средних спектров мощности <PDS> GRB объясняются с помощью простой модели кривой блеска в виде суперпозиции некоррелированных случайных двухсторонних импульсов. Основные особенности <PDS> GRB определяются только такими характеристиками импульсов, как параметр асимметрии, распределение длительности и форма импульсов.

На основе результатов нескольких работ, посвященных исследованию средних спектров мощности (<PDS>) гамма-всплесков (GRB), составлен перечень особенностей <PDS>, которые необходимо объяснить. Используя доказанную в ряде публикаций возможность разложения временного профиля каждого гамма-всплеска в сумму нескольких двухсторонних импульсов, производится моделирование GRB во временной области и исследование средних спектров мощности моделей в частотной области. Сделаны краткие обзоры результатов ряда теоретических работ. Проведена Монте-Карло симуляция временных рядов, состоящих из совокупности двухсторонних импульсов с пуассоновским распределением положения импульсов на временной шкале, при различных формах импульсов и распределениях амплитуды и длительности импульсов. Все основные свойства среднего спектра мощности, имеющего форму квази-Лоренциана, теоретически выведенные в различных опубликованных исследованиях, подтверждены. <PDS>-суперпозиции двухсторонних импульсов, случайно распределенных во времени, не описываются единым степенным законом. В общем случае, форма <PDS> состоит из трех квазистепенных участков, разделенных двумя изломами. Положение двух изломов в <PDS> определяется параметрами асимметрии и эффективной длительности импульсов. Распределение длительности импульсов и их форма влияют на форму <PDS>, а распределение амплитуды импульсов практически не оказывает такого влияния. Величина перемежаемости (при больших значениях γ ≥ 1) влияет на форму <PDS>. Основываясь на предшествующих теоретических работах и проведенных в настоящем исследовании Монте-Карло симуляциях, можно утверждать, что все особенности средних спектров мощности <PDS> GRB объясняются с помощью простой модели кривой блеска в виде суперпозиции некоррелированных случайных двухсторонних импульсов. Основные особенности <PDS> GRB определяются только такими характеристиками импульсов, как параметр асимметрии, распределение длительности и форма импульсов.

Garcia O.E., Theodorsen A. Auto-correlation function and frequency spectrum due to a super-position of uncorrelated exponential pulses // Physics of Plasmas. 2017. V. 24. Iss. 3. Art.ID. 032309. DOI: 10.1063/1.4978955Theodorsen A., Garcia O.E. , Kube R., et al., Relationship between frequency power spectra and intermittent, large-amplitude bursts in the Alcator C-Mod scrape-off layer // Nucl. Fusion. 2017. V. 57. Art.ID. 114004. DOI: 10.1088/1741-4326/aa7e4cGarcia O.E., Theodorsen A. Skewed Lorentzian pulses and exponential frequency power spectra // Physics of Plasmas. 2018. V. 25. Iss. 1. Art.ID. 014503. DOI: 10.1063/1.5004811Beloborodov A.M., Stern B.E., Svensson R. Self-similar temporal behavior of Gamma-Ray Bursts // Astrophysical J. 1998. V. 508. P. L25–L27. DOI: 10.1086/311710Beloborodov A.M., Stern B.E., Svensson R. Power Density Spectra of Gamma Ray Bursts // Astrophysical J. 2000. V. 535. P. 158–166.Pozanenko A., Loznikov V. Aperiodic properties of Gamma-Ray Bursts // GAMMA-RAY BURSTS: 5-th Huntsville Symposium. AIP Conf. Proc. 2000. V. 526. P. 220–224.Pozanenko A., Loznikov V. High Frequencies in Power Spectrum of Gamma-Ray Bursts // Lighthouses of the Universe: The Most Luminous Celestial Objects and Their Use for Cosmology: Proc. MPA/ESO/MPE/USM Joint Astronomy Conference. Garching, Germany, 6–10 August 2001. ESO ASTROPHYSICS SYMPOSIA. ISBN 3-540-43769-X / Ed. M. Gilfanov, R. Sunyaev, and E. Churazov. Springer-Verlag, 2002. Art.ID. 194.Guidorzi C., Margutti R., Amati L. et al. Average power density spectrum of Swift long gamma-ray bursts in the observer and in the source-rest frames // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2012. V. 422. P. 1785–1803.Guidorzi C. Power-density spectrum of non-stationary short-lived light curves // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2011. V. 415. P. 3561–3570.Norris J.P., Bonnell J.T., Kazanas D. et al. Long-Lag, Wide-Pulse Gamma-Ray Bursts // Astrophysical J. 2005. V. 627. Art.ID. 324.Norris J.P., Nemiroff R.J., Bonnell J.T. et al. Attributes of Pulses in Long Bright Gamma-Ray Bursts // Astrophysical J. 1996. V. 459. Art.ID. 393.Norris J.P., Nemiroff R.J., Scargle J.D. et al. Detection of signature consistent with cosmological time dilation in gamma-ray bursts // Astrophysical J. 1994. V. 424. Iss. 2. P. 540–545. DOI: 10.1086/173912Meegan C.A., Pendleton G.N., Briggs M.S. et al. The Third BATSE Gamma-Ray Burst Catalog // Astrophysical J. Suppl. Ser. 1996. V. 106. P. 65–110.Leahy D.A., Darbro W., Elsner R.F. et al. On searches for pulsed emission with application to four globular cluster X-ray sources — NGC 1851, 6441, 6624, and 6712 // Astrophysical J. 1983. V. 266. P. 160–170.Hakkila J., Giblin T.W., Norris J.P. et al. Correlations between Lag, Luminosity, and Duration in Gamma-Ray Burst Pulses // Astrophysical J. 2008. V. 677. Iss. 2. DOI: 10.1086/588094Hakkila J., Preece R.D. Unification of Pulses in Long and Short Gamma Ray Bursts: Evidence from Pulse Properties and their Correlations // Astrophysical J. 2011. V. 740. Art.ID. 104.Hakkila J., Preece R.D. Gamma-Ray burst pulse shapes: evidence for embedded shock signatures? // Astrophysical J. 2014. V. 783. Art.ID. 88.Stern B.E., A Stretched Exponential Law for the Average Time History of Gamma-Ray Bursts and Their Time Dilations // Astrophysical J. 1996. V. 464. Art.ID. 111.Band D., Matteson J., Ford L. et al., BATSE Observations of Gamma-Ray Burst Spectra. I. Spectral Diversity // Astrophysical J. 1993. V. 413. Art.ID. 281.Norris J.P., Davis S.P., Kouveliotou C. et al. Deconvolution of pulse shapes in bright gamma-ray bursts // AIP Conf. Proc. 1993. V. 280. P. 959–963.Минаев П.Ю., Позаненко А.С., Мольков С.В. и др. Каталог коротких Гамма-Транзиентов, зарегистрированных в эксперименте SPI INTEGRAL // Письма в астрономический журнал. 2014. Т. 40. № 5. С. 271–305.Mitrofanov I.G., Chernenko A.M., Pozanenko A.S. et al. The average temporal profile of BATSE gamma ray-bursts: Comparison between strong and weak events // AIP Conf. Proc. 1994. V. 307. P. 187–191.Litvak M.L., Mitrofanov I.G., Briggs M.S. et al. Studies of the time-stretching of GRBs using the average curves of emissivity // AIP Conf. Proc. 1998. V. 428. P. 256–260.Litvak M.L., Mitrofanov I.G., Briggs M.S. et al. The time stretching of the average rise fronts and back slopes of different intensity groups of BATSE GRBs // AIP Conf. Proc. 1998. V. 428. P. 176–180.Mitrofanov I.G., Litvak M.L., Ushakov D.A. Direct Test of the Cosmological Model for Cosmic Gamma-Ray Bursts Based on Peak Alignment Averaging // Astrophysical J. 1997. V. 490. P. 509–516.Mitrofanov I.G., Chernenko A.M., Pozanenko A.S. et al. The Average Intensity and Spectral Evolution of BATSE Cosmic Gamma-Ray Bursts // Astrophysical J. 1996. V. 459. Art.ID. 570.Mitrofanov I.G., Litvak M.L., Briggs M.S. et al., Average Emissivity Curve of BATSE Gamma-Ray Bursts with Different Intensities // Astrophysical J. 1999. V. 523. P. 610–616.Hakkila J., Horváth I., Hofesmann E. et al. Properties of Short Gamma-ray Burst Pulses from a BATSE TTE GRB Pulse Catalog // Astrophysical J. 2018. V. 855. Art.ID. 101. DOI: 10.3847/1538-4357/aaac2bTitarchuk L., Shaposhnikov N., Arefiev V. Power Spectra of Black Holes and Neutron Stars as a probe of hydrodynamic structure of the source: Diffusion Theory and its application to Cygnus X-1 and Cygnus X-2 X-Ray observations // Astrophysical J. 2007. V. 660. Art.ID. 556.Sunyaev R.A., Titarchuk L.G. Comptonization of X-rays in Plasma Clouds. Typical Radiation Spectra // Astron. Astrophys. 1980. V. 86. Art.ID. 121.