Гидродинамические и плазменные эффекты космических лучей в галактике тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.02, доктор физико-математических наук Зиракашвили, Владимир Николаевич

• Зиракашвили, Владимир Николаевич
• доктор физико-математических наук
• 2009

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Зиракашвили, Владимир Николаевич

Введение

1 Генерация альфвеновских волн космическими лучами и нелинейное затухание волн

1.1 Введение.

1.2 Основные уравнения.

1.3 Разложение в ряд по степеням скорости среды.

1.4 Вычисление декрементов затухания.

1.5 Декременты затухания для плазмы с максвелловской функцией распределения.

1.6 Обсуждение результатов.

1.7 Потоковая неустойчивость космических лучей.

1.8 Резонансная потоковая неустойчивость космических лучей

1.9 Стабилизация потоковой неустойчивости нелинейным затуханием

2 Космические лучи и галактический ветер

2.1 Введение.

2.2 Основные МГД уравнения для галактического ветра с космическими лучами

2.3 Численное решение.

2.4 Скорость галактических потерь массы и углового момента

2.5 Учет случайного магнитного поля.

2.6 Учет лучистых потерь и диффузии К Л

2.8 2.

Перенос космических лучей в галактическом ветре

Решение уравнения переноса.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Гидродинамические и плазменные эффекты космических лучей в галактике»

3.2 Основные уравнения.80

3.3 Рассеяние мелкомасштабным полем.82

3.4 Вычисление электрического тока КЛ .84

3.5 Ускорение на плоской параллельной ударной волне . 85

3.6 Нерезонансная потоковая неустойчивость.90

3.7 Численное моделирование нерезонансной потоковой неустойчивости .91

3.8 Совместное численное моделирование нерезонансной неустойчивости и ускорения на плоской параллельной ударной волне.96

3.9 МГД моделирование в области ударного перехода и за фронтом ударной волны.102

3.10 Аналитическая оценка для максимальной энергии частиц, ускоренных в ОСН.108

3.11 Обсуждение.111

3.12 Заключение.117

Приложение.119

4 "Полусферные" уравнения переноса 124

4.1 Введение.124

4.2 Основные уравнения.126

4.3 Самосогласованные уравнения.130

4.4 Ускорение на плоской ударной волне .132

4.5 ' Численное моделирование бесстолкновительных ударных волн.140

4.6 Заключение.149

Приложение.151

5 Ускорение космических лучей магнитными ловушками в турбулентной среде 156

5.1 Введение.156

5.2 Вычисление темпа ускорения.157

5.3 Заключение.160

6 Вариационные оценки коэффициента диффузии космических лучей в случайном магнитном поле 164

6.1 Введение.164

6.2 Вариационные оценки эффективных параметров.166

6.3 Оценки эффективного параллельного коэффициента диффузии.168

6.4 Оценки эффективного перпендикулярного коэффициента диффузии.168

6.5 Заключение.173

7 Модель газового течения из галактики с активным звездообразованием 176

7.1 Введение.176

7.2 Самоподобное течение.179

7.3 Решение внутри тонкого диска.181

7.4 Аналитическое решение в галактическом гало.183

7.5 Распространение электронов KJI в галактическом ветре . . 186

7.6 Моделирование радиоспектра галактики NGC 253 . 190

7.7 Определение параметров газового течения .197

7.8 Обсуждение результатов.200

Литература

Введение

Актуальность работы

Космические лучи (КЛ) - заряженные энергичные частицы являются важным компонентом космической плазмы. Изучая их химический состав, распределение по энергиям (энергетический спектр), анизотропию и другие характеристики можно получать информацию о физических процессах, происходящих в областях их генерации и распространения.

КЛ были открыты В.Гессом в 1912 году. В серии полетов на воздушных шарах была измерена скорость ионизации газа и обнаружено, что скорость ионизации растет с высотой, то есть, по-видимому, связана с каким-то излучением, приходящим из космического пространства. Последующие 40 лет исследований КЛ были периодом медленного накопления знаний о КЛ. К 1950 году состав КЛ был уже в основном известен. Начали появляться астрофизические работы, связанные с КЛ. Бааде и Цвики [53] в 1934 году выдвинули гипотезу о связи нейтронных звезд со сверхновыми и генерацией КЛ. Ферми [105] рассматривал К Л как газ, состоящий из релятивистских частиц, рассеиваемых движущимися магнитными облаками в межзвездной среде.

Быстрое развитие радиоастрономи в это время привело к открытию нетеплового радиоизлучения Галактики. Большой вклад в установление синхротронной природы основной части этого излучения был сделан В.Л.Гинзбургом в работах [12, 13, 14] по теории космического радиоизлучения. Благодаря этим открытиям появилась возможность получать информацию о релятивистских электронах КЛ вдали от

Земли и стало ясно, что наличие релятивистских частиц является универсальным феноменом в космосе. Так возникла астрофизика КЛ, которая затем бурно развивалась. К концу 60-х годов, в значительной степени благодаря исследованиям В.Л.Гинзбурга и С.И.Сыроватского, была разработана диффузионная модель происхождения КЛ, изложенная в замечательной книге "Происхождение космических лучей"[15].

Приведем некоторые основные сведения о КЛ, наблюдаемых у Земли й

Для энергий от 10 до 106 ГэВ энергетический спектр КЛ 1{Ек) имеет степенной вид с постоянным показателем, так что 1{Ек) ос Е^1, где 7 = 2.7. При энергии Ек — 3- 10б ГэВ в спектре наблюдается "излом", спектр укручается.

Для ориентировки запишем приближенное аналитическое выражение для интегрального спектра интенсивности КЛ: Ек) = 1 • (ЯА(ГэВ))-1-7 частиц (см2 с ср)-1 (1) при 10 ГэВ < Ек < 3 • 106 ГэВ; Ек) = 3 • Ю-10 • (^(ПэВ))~2Л частиц (см2с ср)"1 (2) при Ек> 3 • 106 ГэВ.

Самыми распространенными в КЛ являются ядра водорода и гелия (основная часть - протоны, доля ядер гелия - десять процентов). Интенсивность электронов при энергии 1-3 ГэВ составляет около одного процента по отношению к интенсивности протонов.

Наиболее существенная черта, характеризующая химический состав КЛ, состоит в присутствии довольно значительного потока легких ядер 1л,Ве,В, несмотря на их ничтожное в среднем количество в природе, что свидетельствует о значительной роли трансформации химического состава К Л при их распространении в межзвездном пространстве, а возможно и в источниках. Относительное обилие вторичных ядер, появляющихся в процессе взаимодействия К Л с межзвездным газом, дает важную информацию о характере распространения КЛ.

Движение КЛ в нерегулярном галактическом магнитном поле сводится в основном к их конвекции и диффузии. Конвекционно-диффузионное уравнение было феноменологически получено в работах Крымского, Паркера и Джокипии [32, 172, 131]. Позже в работах Долгинова и Топтыгина, а также Тверского [9, 39], это уравнение было выведено путем усреднения по ансамблю случайного поля. Конвекционно-диффузионное уравнение для изотропной части функции распределения КЛ по импульсам АТ(р) имеет следующий вид: дЫ рдМ = - т^гИ + (3)

Здесь - тензор диффузии КЛ, а ш - скорость конвекционного переноса КЛ (она не всегда совпадает со скоростью движений среды).

В настоящее время общепринятой моделью распространения КЛ в Галактике является галактическая модель с гало [15] (предположение о существовании гало КЛ было выдвинуто Пикельнером в 1953 году [35]). Согласно этой модели, источники КЛ находятся в галактическом диске, полутолщина которого порядка нескольких сотен парсек, а радиус 15-20 кпк. Частицы КЛ движутся в диске и выходят в гало, размеры которого строго не определены - 1-10 кпк. На границе гало концентрация К Л пренебрежимо мала.

Распространение КЛ чаще всего описывают диффузионным уравнением с равной нулю скоростью конвекционного переноса КЛ. При исследовании химического состава КЛ диффузионное уравнение дополняют слагаемыми, учитывающими ядерную фрагментацию (см. подробнее [2]). Модель является полуэмпирической, коэффициент диффузии КЛ определяется по соответствию наблюдательным данным (химическому составу, энергетическому спектру и т.д.). Размеру гало 10 кпк соответствует коэффициент диффузии 1029 см2/с при Е& = 10 ГэВ.

Рис. 1: Изображение в гамма-лучах OCH RX J1713.7-3946 (левый рисунок) и спектр его гамма-излучения (правый рисунок), полученные системой черенковских телескопов HESS [48].

Наиболее важная особенность в спектре KJI - "излом"при энергии Ек = 3 ■ 106 ГэВ, открытый Христиансеном и его сотрудниками [26]. Объяснение этой особенности, по-видимому будет важным шагом в решении проблемы происхождения KJI. Обычно, астрофизические объяснения этой особенности предполагают изменение характера ускорения частиц KJI в источниках или их распространения в Галактике.

В настоящее время уже остается мало сомнений в том, что основным источником галактических KJI являются остатки сверхновых (ОСН) звезд. Эта идея была развита Гинзбургом и Сыроватским [15], которые основывались на энергетических соображениях, не конкретизируя механизм ускорения частиц. После открытия диффузионного ускорения на ударных волнах Крымским и Беллом [33, 59] в конце 70-х годов прошлого века стало понятно, как частицы KJI могут ускоряться в ОСН. За последние десятилетия наблюдения ОСН в радио-, рентгеновском и гамма-диапазонах электромагнитного излучения подтвердили наличие энергичных частиц в этих объектах. В качестве примера на Рис.1 приводится изображение молодого остатка RX J1713.7-3946 в гамма-лучах, полученное системой черенковских телескопов HESS [48]. Наблюдаемый спектр гамма-излучения от этого

Рис. 2: Рентгеновское изображение ОСН Cas А (левый рисунок) и SN1006 (правый рисунок), полученное рентгеновским телескопом CHANDRA [55]. остатка свидетельствуют об эффективном ускорении заряженных частиц до энергий порядка 100 ТэВ. Этот вывод не зависит от того, возникают ли энергичные гамма-кванты в результате комптоновского рассеяния квантов реликтового излучения на ускоренных электронах или в результате распада 7г°-мезонов, возникающих при ядерном взаимодействии ускоренной нуклонной компоненты KJI с газом ОСН. В последнем случае количество ускоренных в остатке KJ1 примерно соответствует мощности источников KJI, необходимой для объяснения происхождения галактических KJI. Плотность энергии ускоренных частиц в этом ОСН на несколько порядков больше плотности энергии KJI в межзвездной среде.

Другим важным открытием последних лет было обнаружение тонких волокон нетеплового рентгеновского излучения практически во всех молодых ОСН. В качестве примера на Рис.2 приводится рентгеновское изображение молодых ОСН Cas А и SN1006. Положение волокон примерно соответствует фронту ударной волны ОСН. Их происхождение объясняется быстрым синхротронным охлаждением электронов, ускоренных на фронте ударной волны и попавших затем в область за фронтом. По ширине этих волокон можно определить величину напряженности магнитного поля непосредственно за фронтом ударной волны, которая оказывается равна около 500 /¿Гс для Cas А и 150 /.¿Гс для SN1006 [215]. Эта величина намного больше напряженности межзвездного магнитного поля (около 5 дГс), даже если учесть, что при сжатии газа на ударном фронте межзвездное поле может усилиться в несколько раз. Наиболее вероятное объяснение этого явления - усиление магнитного поля в результате развития апериодической неустойчивости, производимой диффузионным электрическим током ускоренных К Л перед фронтом ударной волны [61].

Это не первое свидетельство того, что КЛ могут существенно изменять свойства среды, в которой они распространяются. Сразу после открытия диффузионного ускорения ударными волнами [33, 59] стало ясно, что для эффективного ускорения на ударной волне от взрыва сверхновой, величина коэффициента диффузии КЛ перед и за фронтом ударной волны должна быть намного меньше, чем уже тогда известная величина коэффициента диффузии КЛ в межзвездной среде. Так как ударная волна движется со сверхзвуковой скоростью, никакие гидродинамические возмущения, возникающие на фронте, не могут попасть в среду перед фронтом ударной волны. Поэтому уже в своей первой работе о диффузионном ускорении Белл предложил механизм генерации магнитогидродинамической (МГД) турбулентности перед фронтом. Анизотропное распределение ускоренных частиц перед фронтом должно приводить к неустойчивости МГД волн [59]. В свою очередь ускоренные частицы рассеиваются на магнитных неоднородностях, связанных с этими МГД волнами. Эта так называемая потоковая неустойчивость КЛ уже была в то время известна [143] и даже применялась для самосогласованного распространения КЛ в Галактике [218]. Упомянутая выше апериодическая неустойчивость является разновидностью этой потоковой неустойчивости в ситуации, когда поток частиц, производящих неустойчивость, достаточно велик.

Кроме описанных выше эффектов энергичные частицы могут играть также и динамическую роль в космической плазме. Большое давление КЛ, ускоряемых на ударной волне, может приводить к изменению профиля скорости среды перед фронтом ударной волны [52] (так называемая модификация фронта ударной волны). В результате этого происходит саморегуляция процесса ускорения частиц. Этот эффект является важной составляющей в моделях ускорения КЛ ударными волными в различных астрофизических объектах, в том числе в ОСН (см. например [3, 64]).

Динамические эффекты КЛ, по-видимому, играют также существенную роль при распространении КЛ в Галактике. Известно, что плотности энергии КЛ, тепловой плазмы и магнитного поля примерно равны друг другу в галактическом диске, где также находятся источники КЛ -ОСН. Так как шкала высот газа, подверженного гравитации Галактики, меньше шкалы высот КЛ, давление КЛ должно доминировать на больших высотах над диском Галактики. В этой ситуации практически неизбежно образование течения газа, разгоняемого градиентом давления КЛ и направленного от галактического диска - галактического ветра [127], называемого так по аналогии с солнечным ветром. Свойства этого течения во многом зависят от того, насколько эффективно рассеяние частиц КЛ. Как уже упоминалось выше, эффективность рассеяния частиц КЛ может определяться не фоновой МГД турбулентностью, а МГД волнами, производимыми самими КЛ за счет потоковой неустойчивости. Такое самосогласованное распространение К Л в последние годы стало еще более актуальным, в свете последних успехов в теории МГД турбулентности. Оказалось, что частицы галактических КЛ очень плохо рассеиваются анизотропной альфвеновской турбулентностью колмогоровского типа [220], создаваемой внешними источниками -взрывами сверхновых, звездным ветром и т.д. Эта трудность отсутствует, если турбулентность поддерживается за счет потоковой неустойчивости самих КЛ.

Цели и задачи работы

Главной целью работы является исследование процессов ускорения и переноса КЛ в ОСН и Галактике и их влияния на динамику, а также на МГД турбулентность космической плазмы:

1. Вычисление декрементов нелинейного затухания альфвеновских волн в бесстолкновительной плазме.

2. Построение модели течения галактического ветра с учетом давления КЛ, магнитного поля и вращения Галактики.

3. Решение задачи о формировании энергетического спектра К Л в галактическом ветре и спектра возбуждаемой ими МГД турбулентности.

4. Исследование процесса усиления магнитного поля и ускорения частиц КЛ в ОСН в присутствии нерезонансной потоковой неустойчивости КЛ.

5. Построение модели переноса энергичных частиц в рамках полусферного приближения Айзенберга [128].

6. Исследование ускорения К Л в магнитных ловушках в турбулентной среде.

7. Получение вариационных оценок коэффициента диффузии К Л в случайном крупномасштабном магнитном поле.

8. Построение модели течения галактического ветра в галактиках с активным звездообразованием.

В диссертационной работе решена проблема ускорения и переноса космических лучей в присутствии магнитогидродинамической турбулентности, возбуждаемой потоковой неустойчивостью космических лучей.

Методика исследований

При исследовании процессов ускорения и переноса КЛ использовались как аналитические методы теоретической и математической физики, так и численные методы.

Для вычисления нелинейных декрементов затухания альфвеновских волн (Глава 1) и частоты рассеяния частиц КЛ мелкомасштабным магнитным полем (Глава 3) использовалась хорошо известная в физике плазмы теория возмущений.

В Главе 7 использовалось точное аналитическое решение стационарных азимутально-симметричных уравнений гидродинамики, полученное автором в рамках так называемых самоподобных течений.

В Главе 6 использовался вариационный метод для оценки эффективных коэффициентов диффузии КЛ.

Для решения трансцендентных уравнений, определяющих параметры течения галактического ветра (Глава 2), использовался численный метод Ньютона.

Для численного решения трехмерных уравнений магнитной гидродинамики, описывающих усиление магнитного поля в ОСН (Глава 3), использовался численный метод Пена и др. [175]. Это консервативный ТУБ метод второго порядка по времени и пространству, в котором условие УВ = 0 выполняется с машинной точностью.

При численном моделировании бесстолкновительных ударных волн (Глава 4) использовался метод конечных разностей.

Научная новизна

Все основные результаты, представленные в диссертационной работе, являются новыми.

Автором впервые получены и выносятся на защиту следующие основные положения

1. В рамках теории слабой турбулентности впервые вычислено нелинейное затухание бесстолкновительных альфвеновских волн, распространяющихся под произвольными углами к магнитному полю.

2. Построена модель магнитогидродинамического течения галактического ветра, поддержанного давлением космических лучей во вращающейся Галактике.

3. Исследован самосогласованный перенос КЛ в галактическом ветре. Коэффициент диффузии КЛ определяется рассеянием на альфвеновских волнах, возбуждаемых потоковой неустойчивостью КЛ.

4. Исследовано ускорение КЛ на плоском ударном фронте в присутствии нерезонансной потоковой неустойчивости. МГД турбулентность перед фронтом ударной волны возбуждается потоком ускоренных частиц КЛ. Численное МГД моделирование развития неустойчивости совместно с аналитическим решением для функции распределения КЛ позволяет определить величину усиленного магнитного поля перед фронтом ударной волны и максимальную энергию ускоренных частиц. Получена простая аналитическая формула для максимальной энергии. Вычислены напряженность усиленного магнитного поля и максимальная энергия КЛ, ускоренных в четырех исторических ОСН.

5. Предложено объяснение наблюдаемых радиальных магнитных полей в молодых ОСН. Нерезонансная потоковая неустойчивость, производимая электрическим током ускоренных частиц, приводит не только к усилению магнитного поля, но и к сильной неоднородности плотности среды перед фронтом. Взаимодействие неоднородностей плотности с фронтом ударной волны приводит к его сильной деформации и вытягиванию усиленного магнитного поля в направлении средней скорости среды, что и объясняет радиальные магнитные поля в молодых

ОСН. Проведено соответствующее численное МГД моделирование.

6. Выведены "полусферные"уравнения переноса энергичных частиц, описывающие эволюцию концентраций частиц в каждой отдельной полусфере питч-углов. Применимость полученных уравнений не ограничивается медленностью исследуемых процессов и малой анизотропией распределения энергичных частиц. Уравнения сводятся к стандартному конвекционно-диффузионному уравнению КЛ в случае медленных процессов и малой анизотропии. Показано, что полусферные уравнения позволяют численно моделировать бесстолкновительные квазипараллельные ударные волны.

7. Предложен новый механизм ускорения частиц МГД турбулентностью. При этом учитывается захват частиц в магнитные ловушки. Отличительной чертой предложенного механизма ускорения является пропорциональность темпа ускорения коэффициенту пространственной диффузии частиц.

8. Получены вариационные оценки коэффициента диффузии К Л в случайном крупномасштабном магнитном поле. Показано, что верхний предел для аномального перпендикулярного коэффициента диффузии КЛ определяется коэффициентом диффузии и инкрементом неустойчивости магнитных силовых линий.

9. Предложена простая модель галактического ветра в галактиках с активным звездообразованием. В модели используется полученное автором точное аналитическое решение для азимутально-симметричного стационарного гидродинамического течения. Определено распределение радиояркости синхротронного излучения электронов КЛ в активной галактике N00253 и проведено сравнение с радио-наблюдениями, что позволяет определить скорость ветра и мощность источников КЛ в этой галактике.

Достоверность полученных результатов

Результаты диссертационной работы получены с применением адекватных аналитических методов теоретической и математической физики а также неоднократно проверенных численных методов.

Высокий научный уровень полученных результатов подтверждается их опубликованием в ведущих отечественных и иностранных научных журналах, таких как ЖЭТФ, "Астрономия и Астрофизика", "Астрофизический Журнал".

Достоверность результатов также подтверждается совпадением с данными наблюдений.

Практическая значимость работы

Полученные результаты и предложенные модели, учитывающие динамические и плазменные эффекты К Л позволяют лучше понять процессы, происходящие в ОСН и в Галактике. Изложенные в работе модели распространения и ускорения КЛ в Галактике могут быть использованы при анализе данных наблюдений КЛ, рентгеновского и гамма-излучения, выполняемых на Земле и в космосе. Модель с галактическим ветром может быть использована для интерпретации данных измерений магнитного поля Галактики, интенсивности и поляризации галактического синхротронного излучения и т.д. Полученные в диссертационной работе результаты могут найти применение в астрофизических исследованиях, проводимых в ИЗМИРАН, ФИАН, ИОФАН, НИИЯФ МГУ, ФТИ им. А.Ф.Иоффе, ИКИ и других.

Апробация работы

Результаты диссертации докладывались, обсуждались и получили одобрение на астрофизическом семинаре под руководством А.В.Гуревича (ФИАН), а так же на семинарах в ИТЭФ, НИИЯФ МГУ, теоретическом и общеинститутском семинарах ИЗМИРАН, астрофизическом семинаре в Институте Ядерной Физики им. М.Планка (Германия).

Результаты также докладывались на 26-й, 27-й и 29-й Международных конференциях по космическим лучам, (1999, США; 2001, Германия; 2005, Индия соответственно), на Всероссийских конференциях по космическим лучам, на ежегодной конференции "Астрофизика высоких энергий "проводимой в ИКИ, на Всероссийской конференции "Современные проблемы космической физики", посвященной 70-летию академика Г.Ф.Крымского (Якутск, 2007).

Исследования автора были поддержаны проектами РФФИ и международным грантом INTAS. Часть результатов диссертационной работы была получена автором во время командировок в Институт Ядерной Физики им. М.Планка (г.Гейдельберг, Германия).

Публикации и личный вклад автора

Вклад автора в результаты диссертационной работы является основным. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в журналах [94, И, 19, 222, 181, 79, 223, 182, 20, 21, 224, 22, 225, 226, 23, 183, 227, 184, 185, 228, 229, 24, 230, 231].

Структура работы

Работа состоит из введения, семи глав, заключения и списка литературы. Объем работы составляет 228 страниц, включая 36 рисунков, 2 таблицы и 231 наименование библиографии.

Заключение диссертации по теме «Теоретическая физика», Зиракашвили, Владимир Николаевич

Заключение

В диссертационной работе были получены следующие основные результаты:

1. В рамках теории слабой турбулентности впервые вычислено нелинейное затухание бесстолкновительных альфвеновских волн, распространяющихся под произвольными углами к магнитному полю.

2. Рассмотрена задача о формировании в Галактике течения галактического ветра с учетом давления КЛ, магнитного поля и эффектов, возникающих из-за вращения Галактики. Получены численные решения, описывающие течение галактического ветра. Альфвеновские волны, возбуждаемые частицами КЛ, поглощаются и нагревают газ в гало Галактики. Получены профили скорости газа, давления К Л и напряженности магнитного поля.

3. Рассмотрена задача о формировании спектра К Л в галактическом ветре. Распространение КЛ в Галактике описывалось при помощи конвекционно-диффузионного уравнения. Коэффициент диффузии определялся уровнем турбулентности альфвеновских волн, возбуждаемых частицами К Л за счет потоковой неустойчивости. Показано, что при степенном спектре источников К Л и степенной или экспоненциальной зависимости параметров газового течения (скорости, плотности, магнитного поля и т.д.) от расстояния до галактического диска, в диске формируется степенной спектр КЛ. Вычислены коэффициент диффузии КЛ, анизотропия КЛ, средняя проходимая К Л толща вещества, мощность источников КЛ в Галактике. Показано, что в предложенной модели можно обеспечить эффективную диффузию КЛ в Галактике для энергий частиц вплоть до 105 ГэВ.

4. Исследовано ускорение К Л на плоском ударном фронте в присутствии нерезонансной потоковой неустойчивости. МГД турбулентность перед фронтом ударной волны возбуждается потоком ускоренных частиц КЛ. Численное МГД моделирование развития неустойчивости совместно с аналитическим решением для функции распределения КЛ позволяет определить величину усиленного магнитного поля перед фронтом ударной волны и максимальную энергию ускоренных частиц. Получена простая аналитическая формула для максимальной энергии. Вычислены напряженность усиленного магнитного поля и максимальная энергия КЛ, ускоренных в четырех исторических ОСН.

5. Предложено объяснение наблюдаемых радиальных магнитных полей в молодых ОСН. Нерезонансная потоковая неустойчивость, производимая электрическим током ускоренных частиц, приводит не только к усилению магнитного поля, но и к сильной неоднородности плотности среды перед фронтом. Взаимодействие неоднородностей плотности с фронтом ударной волны приводит к его сильной деформации и вытягиванию усиленного магнитного поля в направлении средней скорости среды, что и объясняет радиальные магнитные поля в молодых ОСН. Проведено соответствующее численное МГД моделирование.

6. Выведены "полусферные"уравнения переноса энергичных частиц в космической плазме. Частицы эффективно изотропизуются в каждой отдельной полусфере питч-углов, но переход частиц из одной полусферы в Другую замедлен из-за слабости рассеяния вблизи питч-угла 90 градусов. Применимость полученных уравнений не ограничивается медленностью исследуемых процессов и малой анизотропией распределения энергичных частиц. Уравнения сводятся к стандартному конвекционно-диффузионному уравнению КЛ в случае медленных процессов и малой анизотропии. Показано, что полусферные уравнения переноса позволяют численно моделировать бесстолкновительные квазипараллельные ударные волны.

7. Предложен новый механизм ускорения частиц МГД турбулентностью. При этом учитывается захват частиц в магнитные ловушки. Отличительной чертой предложенного механизма ускорения является пропорциональность темпа ускорения коэффициенту пространственной диффз^зии частиц.

8. Получены вариационные оценки коэффициента диффузии К Л в случайном крупномасштабном магнитном поле. Показано, что верхний предел для аномального перпендикулярного коэффициента диффузии КЛ определяется коэффициентом диффузии и инкрементом неустойчивости магнитных силовых линий.

9. Предложена простая модель галактического ветра в галактиках с активным звездообразованием. В модели используется полученное автором точное аналитическое решение для азимутально-симметричного стационарного гидродинамического течения. Определено распределение радиояркости синхротронного излучения электронов КЛ в активной галактике N00253 и проведено сравнение с радио-наблюдениями, что позволяет определить скорость ветра и мощность источников КЛ в этой галактике.

В заключение я хотел бы выразить искреннюю признательность и благодарность моим научным наставникам: Вадиму Николаевичу Цытовичу, задавшему основное направление моих научных поисков, и Владимиру Соломоновичу Птускину, научившему меня многому в астрофизике. Я также признателен профессору Генриху Фольку из Германии, совместная работа с которым была для меня всегда интересной и полезной. Я хотел бы также поблагодарить всех сотрудников Отдела космических лучей ИЗМИРАН за дружеское отношение и поддержку.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Зиракашвили, Владимир Николаевич, 2009 год

1. Ахиезер А.И., Ахиезер И.А., Половин Р.В., Ситенко А.Г., Степанов К.Н., Электродинамика плазмы, М.: Наука, 1974.

2. Березинский B.C., Буланов C.B., Догель В.А., Гинзбург В.Л., Птуекин B.C. Астрофизика космических лучей. М.: Наука, 1990.

3. Бережко Е.Г., Елшин В.К., Крымский Г.Ф., Петухов С.И. Генерация космических лучей ударными волнами. Новосибирск: Наука. 1988. 182с.

4. Быков A.M., Топтыгин И.Н. Теория ускорения частиц ударными волнами с крупномасштабными движениями в турбулентной среде//Изв. Академии Наук, сер. физ. 1979. Т.43 С.2552-2554

5. Быков A.M. Межзвездная турбулентность и ударные волны// Письма в "Астрон. журн.п1982.Т.8.С.596-599

6. Быков A.M., Топтыгин И.Н. Кинетика частиц в сильно турбулентной плазме (Методы перенормировок и самосогласованного поля)//УФН 1993. Т.163. С.11

7. Быков A.M. , Топтыгин И.Н. Неустойчивости многокомпонентной плазмы с ускоренными частицами и генерация магнитных полей в астрофизических объектах//УФН 2007. Т.177 С.149

8. Вайнштейн С.И., Быков A.M., Топтыгин И.Н. Турбулентность, токовые слои и ударные волны в космической плазме. М.: Наука, 1989. 311с.

9. Долгинов А.З., Топтыгин И.Н. Многократное рассеяние частиц в магнитном поле со случайными неоднородностями// ЖЭТФ 1966. Т.51. С.1771-1783

10. Долгинов А.З., Топтыгин И.Н. О диффузии космических лучей в межпланетной среде// Геомагнетизм и аэрономия 1967. Т.7. С.967

11. Дорман Л.И., Зиракашвили В.Н., Птускин B.C. Потоковая неустойчивость космических лучей во внешней гелиосфере//Геом. Аэрон. 1991, Т.31. С.401

12. Гинзбург В.Л. Космические лучи как источник галактического радиоизлучения //ДАН СССР 1951. Т.76. С.377

13. Гинзбург В.Л. Сверхновые и новые звезды как источник космического радиоизлучения //ДАН СССР 1953. Т.92. С.1133

14. Гинзбург В.Л. Происхождение космических лучей и радиоастрономия//УФН 1951. Т.51. С.343

15. Гинзбург В.Л., Сыроватский С.И. Происхождение космических лучей. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 384с.

16. Годунов С.К. Уравнения математической физики. М.:Наука, 1971

17. Дыхне A.M. Аномальное сопротивление плазмы в сильном магнитном поле //ЖЭТФ 1970 Т.59.С.641

18. Дыхне A.M. Вычисление кинетических коэффициентов среды со случайными неоднородностями // ЖЭТФ 1967. Т.52. С.264

19. Зиракашвили В.Н., Птускин B.C., Роговая С.И. Космические лучи, галактический ветер и крупномасштабное поле Галактики//Изв. РАН, сер.физ. 1993.Т.57.С.80-85

20. Зиракашвили В.Н. Вариационные оценки коэффициента диффузии космических лучей в случайном магнитном поле//Изв. РАН, сер.физ. 1997.Т.61.С.1195-2000

21. Зиракашвили В.Н. Вариационные оценки коэффициента диффузии космических лучей в случайном магнитном поле//ЖЭТФ 1998.Т.114.С.398-405

22. Зиракашвили В.Н. Индуцированное рассеяние и двухквантовое поглощение альфвеновских волн с произвольными углами распро-странения//ЖЭТФ 2000.Т.117.С.932-938

23. Зиракашвили В.Н., Птускин B.C., Фольк Г. Галактический ветер с космическими лучами и магнитным полем во вращающейся Галактике: влияние лучистых потерь //Изв. РАН, сер.физ. 2002.Т.66.С.1606-1608

24. Зиракашвили В.Н., Птускин B.C., Роговая С.И. Максимальная энергия космических лучей, ускоренных в остатках сверхновых //Изв. РАН, сер.физ. 2007.Т.71.С.483-486

25. Зыбин К.П., Истомин Я.Н. Диффузионное движение заряженных частиц в случайном магнитном поле//ЖЭТФ 1985. Т.89. С.836-841

26. Куликов Г.В., Христиансен Г.Б. О спектре широких атмосферных ливней по числу частиц// ЖЭТФ 1958. Т.35. С.635

27. Калсруд Р. Магнитогидродинамическое описание плазмы// Основы физики плазмы. Под ред. А.А.Галеева, Р.Судана. М.:Энергоатомиздат, 1983.Т.1.С.122-152

28. Клепач Е.Г., Птускин B.C., Чувильгин Л.Г. Аномальная диффузия космических лучей// Изв. РАН сер. физ. 1993.Т.57.С.86-88

29. Клепач Е.Г., Птускин B.C. Распространение космических лучей в среде с магнитными ловушками//Письма в "Астрон.Журнал"1995. Т.21. С.462-469

30. Козлов С.М.//Успехи мат.наук 1985. Т.40.С.61

31. Конторович В.М. Отражение и преломление звука на ударных волнах// Акустический журнал 1959.Т.5.С.314-323

32. Крымский Г.Ф. Диффузионный механизм суточной вариации космических лучей //Геомагн. и Аэрономия 1964. Т.4. С.977-986

33. Крымский Г.Ф. Регулярный механизм ускорения заряженных частиц на фронте ударной волны//ДАН 1977.Т.234.С.1306

34. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Теория поля М:Наука 1975

35. Пикельнер С.Б. Кинематические свойства межзвездного газа в связи с изотропией космических лучей //ДАН СССР 1953. Т.88. С.229

36. Птускин B.C. Давление газа быстрых заряженных частиц, диффундирующих в среде со стохастическим магнитным полем// ЖЭТФ 1984.Т.86. С.483-486

37. Рузмайкин A.A., Соколов Д.Д., Шукуров A.M. Магнитные поля галактик. М.: Наука. 1988

38. Степанов К.Н. Кинетическая теория магнитогидродинамических волн // ЖЭТФ 1958. Т.34. С.1292

39. Тверской Б.А. К теории турбулентного ускорения заряженных частиц// ЖЭТФ 1967. Т.53.С.1417

40. Топтыгин H.H., Космические лучи в межпланетных магнитных полях. М:Наука. 1983.

41. Федоренко В.Н., Остряков В.М., Полюдов А.Н., Шапиро В.Д. Индуцированное рассеяние и двухквантовое поглощение альфве-новских волн в плазме с произвольным /^//Физика плазмы 1990 Т.16. С.443

42. Цытович В.Н., Шварцбург А.Б. К теории нелинейного взаимодействия волн в анизотропной магнитоактивной плазме// ЖЭТФ 1965. Т.49. С.797

43. Цытович В.Н. Теория турбулентной плазмы, Атомиздат, Москва (1971).

44. Швидлер М.И. Статистическая гидродинамика пористых сред, Недра, Москва 1981

45. Achterberg A. On the propagation of relativistic particles in a high beta plasma// Astron. and Astrophys. 1981. V.98. P. 161-172

46. Achterberg A. Modification of scattering waves and its importance for shock acceleration// Astron. Astrophys. 1983. V.119. P.274-278

47. Achterberg A., Blandford R.D. Transmission and damping of hydro-magnetic waves behind a strong shock front: implications for cosmic ray acceleration// Mon. Not. Royal Astron. Soc. 1986. V.218. P.551-575

48. Aharonian F., Akhperjanian A.G., Bazer-Bachi A.R., et al. Primary particle acceleration above 100 TeV in the shell-type supernova remnant RX J1713.7-3946 with deep HESS observations// Astron. Astrophys. 2007. V.464. P.235-243

49. Allen C., Santillan A. An improved model of the galactic mass distribution for orbit computations// Rev. Mexicana Astron.Astrof. 1991. V.22.P.255-263.

50. Alfven H., Falthammar, C. Cosmic electrodynamics, Oxford, Claredon press, 1963.

51. Amato E., Blasi P. Nonlinear particle acceleration at non-relativistic shock waves in the presence of self-generated turbulence// Mon. Not. Royal Astron. Soc. 2006. V.371. P.1251

52. Axford W.I., Leer E., Scadron G. The acceleration of cosmic rays by shock waves// Proc. 15th Int. Cosmic Ray Conf., Plovdiv, 1977. V.ll. P.132

53. Baade W., Zwicky F.//Phys.Rev. 1934. V.46. P.76

54. Balsara D., Benjiamin R.A., Cox D.P. The evolution of adiabatic supernova remnants in a turbulent, magnetized medium// Astrophys.J. 2001. V.563. P.800-805

55. Bamba A., Yamazaki R., Ueno M., Koyama K. Small-scale structure of the SN 1006 shock with Chandra observations// Astrophys.J. 2003. V.589. P.827-837

56. Bamba A., Yamazaki R., Hiraga J.S. Chandra observations of galactic supernova remnant Vela Jr.: A new sample of thin filaments emitting synchrotron X-rays// Astrophys. J. 2005. V.632. P.294-301

57. Bardeen J.M., Berger B.K. A model for winds from galactic disks// Astrophys.J. 1978. V.221. P.105-113

58. Beck R., Carilli C.L., Holdaway M.A., Klein U. Multifrequency observations of the radio continuum emission from NGC 253. 1: Magnetic fields and rotation measures in the bar and halo// Astron. Astrophys. 1994. V.292. P.409-424

59. Bell A.R. The acceleration of cosmic rays in shock fronts I//Mon. Not. Royal Astron. Soc. 1978. V.182. P.147-156

60. Bell A.R., Lucek S.G. Cosmic ray acceleration to very high energy through the non-linear amplification by cosmic rays of the seed magnetic field// Mon. Not. Royal Astron. Soc. 2001. V.321. P.433-438

61. Bell A.R. Turbulent amplification of magnetic field and diffusive shock acceleration of cosmic rays// Mon. Not. Royal Astron. Soc. 2004. V.353. P.550-558

62. Bell A.R. The interaction of cosmic rays and magnetized plasma// Mon. Not. Royal Astron. Soc. 2005. V.358. R181-187

63. Berezhko E.G. On acceleration possibility of charged particles under cosmic plasma shearing flows// Proc. 17th ICRC (Paris) 1981. V.3. P.506.

64. Berezhko E.G., Yelshin V.K., Ksenofontov L.T. Numerical investigation of cosmic ray acceleration in supernova remnants//Astropart. Phys. 1996. V.2. P.215-227

65. Berezhko E.G., Ellison D.C. A simple model of nonlinear diffusive shock acceleration// Astrophys.J., 1999. V.526. P.385-399

66. Berezhko E.G., Ksenofontov L.G., Volk H.J. Emission of SN 1006 produced by accelerated cosmic rays// Astron. Astrophys. 2002. V.395. P.943-953

67. Berezhko E.G., Volk H.J. The theory of synchrotron emission from supernova remnants// Astron. Astrophys. 2004. V.427. P.525-536

68. Bieber J.W., Matthaeus W.H., Smith C.W., Wanner W., Kallenrode M.-B, Wibberenz G. Proton and electron mean free path: The Palmer consensus revisited//Astrophys. J. 1994. V.420. P.294

69. Biskamp D. Magnetohydrodynamic turbulence, Cambridge, Cambridge Univ. Press, 2003

70. Blandford R.D., Ostriker J.P. Particle acceleration by astrophysical shocks// Astroph. J. 1978. V.221. P.L29

71. Blandford R.D., Payne D.G. Hydromagnetic flows from accretion discs and the production of radio jets// Mon. Not. Royal Astron. Soc. 1982. V.199. P.883-903

72. Blasi P., Gabici S., Vannoni G. On the role of injection in kinetic approaches to non-linear particle acceleration at non-relativistic shock waves// Mon. Not. Royal Astron. Soc. 2005. V.361. P.907-918

73. Bioemen J.B.G.M., Dogiel V.A., Dorman V.L., Ptuskin V.S. Galactic diffusion and wind models of cosmic-ray transport. I. Insight from CR composition studies and 7-ray observations//Astron. Astrophys. 1993. V.267. P.372-387

74. Bogdan T.J., Webb G.M. First-order Fermi acceleration in the two-stream limit// Mon. Not. Royal Astron. Soc. 1987. V.229. P.41-52

75. Brandenburg A., Jennings R.L., Nordlund A., Rieutord M., Stein R.F., Tuominen I. Magnetic structures in a dynamo simulation// J.Fluid Mech. 1996. V.306. P.325-352

76. Breitschwerdt D., McKenzie J.F., Volk H.J. Cosmic ray and wave driven Galactic Wind solutions// Proceedings of 20th ICRC, Moscow, 1987. V.2. P.115-118

77. Breitschwerdt D., McKenzie J.F., Volk H.J. Galactic Winds. I Cosmic ray and wave-driven winds from the Galaxy// Astron. and Astrophys. 1991. V.245. P.79-98

78. Breitschwerdt D., McKenzie J.F., Volk H.J. Role of the disk-halo interface in cosmic ray driven galactic winds// Astron. Astrophys. 1993. V.269. P.54-66

79. Breitschwerdt D., Volk H. J., Ptuskin V., Zirakashvili V. Dynamical Galactic halos//The cosmic dynamo: Proc. 157th IAU Symposium Ed. by F. Krause, K. H. Radler, Gunther R. Kluwer Academic Publishers; Dordrecht 1993. P.415

80. Burke J.A. Mass flow from stellar systems-I. Radial flow from spherical systems// Mon. Not. Royal Astron. Soc. 1968. V.140. P.241-254

81. Bykov A.M., Toptygin I.N. Generation of magnetic fluctuations near a shock front in a partially ionized medium// Astronomy Letters 2005. V.31. P.748-754

82. Carilli C.L., Holdaway M.A., Ho P.T.P., De Pree C.G. Discovery of a synchrotron-emitting halo around NGC 253// Astrophys. J. 1992. V.399. P.L59-L62

83. Carilli C.L. Free-free absorption towards the nucleus of NGC 253: further evidence for high pressures in the starburst nucleus// Astron. Astrophys. 1996. V.305. P.402-406

84. Chandrasekhar S. Plasma Physics. The Univ. Chicago Press, 1960

85. Chevalier R.A. The radio and X-ray emission from type II Supernovae// Astrophys. J. 1982. V.259. P.302-310

86. Chevalier R.A, Clegg A.W. Wind from a starburst galaxy nucleus// Nature 1985. V.317. P.44-45

87. Chevalier R. Young core collapse supernova remnants and their super-novae// Astrophys. J. 2005. V.619. P.839-855

88. Chin Y., Wentzel D.G. Nonlinear dissipation of Alfven waves// Astrophys. and Space Sei. 1972 V.16. P.465-477

89. Chuvilgin L.G., Ptuskin V.S. Anomalous diffusion of cosmic rays across the magnetic field// Astron. Astrophys. 1993. V.279. P.278-297

90. Condon J.J. Radio emission from normal galaxies// Ann. Rev. Astron. Astrophys. 1992. V.30. P.575-611

91. Cox D.P. Structure of the diffuse interstellar medium, in "Structure and dynamics of the interstellar medium", Proceedings of IAU Coll. No. 120, G.Tenorio-Tagle, M.Moles,J.Melnick (eds), Springer-Verlag Heidelberg New York, 1989. P.432

92. Dettmar R.J. Diffuse ionized gas and the disk-halo connection in spiral galaxies// Fundamentals of Cosmic Physics 1992. V.15. P.143-208

93. Dewar R.L. Interaction between hydromagnetic waves and a time-dependent, inhomogeneous medium// Phys. Fluids 1970. V.13. P.2710-2720

94. Dorman L.I., Ptuskin V.S., Zirakashvili V.N. Outer heliosphere: eigen pulsations, cosmic rays and stream kinetic instability//Physics of outer heliosphere. Ed. by S.Grzedzielsky and D.E.Page 1990. Pergamon Press. Oxford. P.205

95. Dogiel V.A., Zybin K.P., Gurevich A.V. Kinetic theory of propagation and run-away galactic cosmic rays. II.Self-consistent model//Astron. Astrophys. 1994. V.281. P.937-944

96. Earl J.A., Jokipii J.R., Morfill G.E. Cosmic-ray viscosity//Astrophys.J. 1988. V.331. P.L91-L94

97. Earl J.A. Coherent propagation of charged-particle bunches in random magnetic fields// Astrophys. J. 1974. V.188. P.379-398

98. Ellison D. C., Eichler D. Monte Carlo shock-like solutions to the Boltz-mann equation with collective scattering// Astrophys. J. 1984. V.286. P.691-701

99. Ellison D. C., Möbius E., Paschmann G. Particle injection and acceleration at Earth's bow shock: comparison of upstream and downstream events// Astrophys.J. 1990. V.352. P.376-394

100. Ellison D. C., Giacalone J., Burgess D., Schwartz S.J. Simulations of particle acceleration in parallel shocks: Direct comparison between Monte Carlo and one-dimensional hybrid codes// J. Geophys. Res. 1993. V.98. P.21085-21093

101. Fabbiano G. X-ray spectra and large-scale features of two starburst galaxies NGC 253 and M82// Astrophys. J. 1988. V.330. P.672-683

102. Fedorenko V.N., Ostryakov V.M., Polyudov A.N., Shapiro V.D. Induced scattering and two quantum absorption of Alfven waves in plasma with arbitrary beta, Preprint N 1267 A.F.Ioffe Phys.Tech. Inst., Leningrad, 1988

103. Fedorenko V.N. On the cosmic-ray-generated magnetohydrodynamic turbulence. General consideration//Preprint 1441 A.P.Ioffe PTI, 1990

104. Fedorenko V.N. On the cosmic-ray-generated magnetohydrodynamic turbulence. Applications//Preprint 1442 A.P.Ioffe PTI, 1990

105. Fermi E. On the origin of the cosmic radiation// Phys. Rev. 1949. V.75. P.1169-1174.

106. Fisk L.A., Axford W.I. Anisotropics of Solar cosmic rays//Solar Physics 1969. V.7. P.486-498

107. Fisk L.A., Schwadron N.A., Gloeckler G. Implications of fluctuations in the distribution functions of interstellar pick-up ions for the scattering of low rigidity particles// Geoph.Res.Lett. 1997. V.24. P.93-96

108. Galeev A.A., Zeleny I.M., Anomalous electron thermal conductivity across the destroyed magnetic surfaces// Physica D 1981. V.2. P.90-101

109. Giacalone J., Burgess D., Schwartz S.J., Ellison D.C. Ion injection and acceleration at parallel shocks: comparisons of self-consistent plasma simulations with existing theories// Astrophys.J. 1993. V.402. P.550-559

110. Giacalone J., Burgess D., Schwartz S.J., Ellison D. C., Benett L. Injection and acceleration of thermal protons at quasi-parallel shocks: A hybrid simulation parameter survey//J.Geophys.Res. 1997. V.102. P.19789-19804

111. Giacalone J. Large-scale hybrid simulations of particle acceleration at a parallel shock// Astrophys. J. 2004. V.609. P.452-458

112. Giacalone J., Jokipii J.R. Magnetic field amplification by shocks in turbulent fluids//Astrophys.J. 2007. V.663. P.L41-L44

113. Ginzburg V.L., Ptuskin V.S., Tsytovich V.N. The role of plasma effects in propagation and isotropisation of cosmic rays in the Galaxy//Astrophys. Space Sci. 1973. V.21.P.13-38

114. Gleeson L.J., Axford W.I. Cosmic rays in the interplanetary medium// Astrophys.J. 1969. V.149. P.L115-118

115. Gombosi T.I., Jokipii J.R., Kota J., Williams L.L. The telegraph equation in charged particle transport// Astrophys.J. 1993. V.403. P.377-384

116. Gull S.F., The X-ray, optical and radio properties of young supernova remnants// Mon. Not. Royal Astron. Soc. 1975. V.171. P.263-278

117. Habe A., Ikeuchi S. Dynamical behaviour of gaseous halo in disk galaxy// Progress in Theoretical Physics 1980. V.64. P. 1995-2008

118. Heckman T.M., Armus L., Miley G.K. On the nature and implications of starburst-driven galactic superwinds// Astrophys. J. Suppl.Ser. 1990. V.74. P.833-868

119. Holmes J.A. An energy-dependent confinement model for galactic cosmic rays// Mon. Not. Royal Astron. Soc. 1974. V.166. P.155-164

120. Huang Z. P., Thuan T. X., Chevalier R. A., Condon J. J., Yin, Q. F. Compact radio sources in the starburst galaxy M82 and the Sigma-D relation for supernova remnants// Astrophys.J. 1994. V.424. P. 114-125

121. Hummel E., Smith P., van der Hulst J.M. The large-scale radio continuum structure of the edge-on spiral galaxy NGC 253// Astron. Astrophys. 1984. V.137. P.138-144

122. Hummel E., Dahlem M., van der Hulst J.M., Sukumar S. The large-scale radio continuum structure of the edge-on spiral galaxy NGC 891 //Astron. Astrophys. V.246. P. 10-20

123. Hummel E. On the low frequency radio spectrum of spiral galaxies// Astron. Astrophys. 1991. V.251. P.442-446

124. Hwang U., Decourchelle A., Holt S.S., Petre R. Thermal and nonthermal X-Ray emission from the forward shock in Tycho's supernova remnant// Astrophys.J 2002. V.581. P.1101-1115

125. Ikeuchi S. Fundamental processes in the interstellar medium and evolution of galaxies//Fundamentals of cosmic physics 1988. V.12. P.256

126. Innanen K.A. Models of Galactic mass distribution// Astrophys. and Space Sci. 1973. V.22. P.393-399

127. Ipavich F.M. Galactic winds driven by cosmic rays// Astrophys. J. 1975. V.196. P.107-120

128. Isenberg A. Hemispherical model of anisotropic interstellar pickup ions// J-Geophys. Res. 1997. V.102. P.4719-4724

129. Israel F.P., Mahoney M.J. Low-frequency radio continuum evidence for cool ionized gas in normal spiral galaxies// Astrophys.J. 1990. V.352. P. 30-43

130. Johnson H.E., Axford W.I. Galactic winds// Astrophys.J. 1971. V.165. P.381-390

131. Jokipii R. Cosmic ray propagation.I.Charged particles in random magnetic field// Astrophys.J. 1966. V.146. P.480-487

132. Jokipii J.R. Propagation of cosmic rays in the solar wind// Rev.Geophys.Spase Phys. 1971. V.8. P.27-87

133. Jokipii J.R. The rate of separation of magnetic lines of force in a random magnetic field// Astrophys.J. 1973. V.183. P.1029-1036

134. Kadomtsev B.B., Pogutse O.P., Plasma Phys. And Controlled Nuclear Fusion Res., Proc. 7th Int. Conf. (Vienna) 1978. V.1.P.649

135. Kota J., Jokipii J.R., Kopriva D.A., Gombosi T.I., Owens A.J., Merenyi E.A numerical study of the pitch-angle scattering of cosmic rays// As-trophys. J. 1982. V.254. P.398-404

136. Kota J. Diffusion of energetic particles in focusing fields// J.Geophys.Res. 2000. V.105. P.2403-2412

137. Kulsrud R.M., Pearce W.P. The effect of wave-particle interactions on the propagation of cosmic rays// Astrophys. J. 1969. V.156. P.445-470

138. Kulsrud R.M., Cesarsky C.J. The effectiveness of instabilities for the confinement of high energy cosmic rays in the Galactic disk //Astrophys. Lett. 1971. V.8. P.189

139. Kulsrud R.M. Plasma in astrophysics// Physica Scripta 1982. V.2/1. P.177-181

140. Lagage P.O., Cesarsky C.J. Cosmic ray shock acceleration in the presence of self-excited waves// Astron. Astrophys. 1983. V.118. P.223-228

141. Lagage P.O., Cesarsky C.J. The maximum energy of cosmic rays accelerated by supernova shocks// Astron. Astrophys., 1983. V.125. P.249

142. Lee M.A., Volk H.J. Damping and non-linear wave-particle interactions of alfvén-waves in the solar wind// Astrophys. and Space Sci. 1973. V.24. P.31-42

143. Lerche I. Unstable magnetosonic waves in a relativistic plas-ma//Astropys.J., 1967. V.147. P.689-696

144. Lerche I., Schlickeiser R. Transport and propagation of cosmic rays in galaxies II. The effect of a galactic wind on the mean lifetime and age distribution of non-decaying cosmic rays//Astron. Astrophys. 1982. V.116. P. 10-26

145. Leroy M.M., Winske D. Backstreaming ions from oblique Earth bow shocks// Ann. Geophys. 1983. V.l. P.527-536

146. Lisenfeld U., Volk H.J. On the radio spectral index of galaxies// Astron. Astrophys. 2000. V.354. P.423-430

147. Livshits M.A.,Tsytovich V.N. The spectra of magnetohydrodynamic turbulence in collisionless plasma// Nuclear Fusion 1970. V.10. P.241-250

148. Long K.S., Reynolds S.P., Raymond J.C., Winkler P.F., Dyer K.K., Petre R. Chandra CCD imagery of the northeast and northwest limbs of SN 1006// Astrophys. J. 2003. V.586. P.1162-1178

149. Lucek S.G., Bell A.R. Non-linear amplification of a magnetic field driven by cosmic ray streaming//Mon. Not. Royal Astron. Soc. 2000. V.314. P.65-74

150. Malkov M.A., Drury L.O'C. Nonlinear theory of diffusive acceleration of particles by shock waves //Reports on Progress in Physics 2001 V.64. P.429-481

151. Mathews W.G., Baker J.C. Galactic winds// Astrophys. J. 1971. V.170. P.241-260

152. Mattila S., Meikle W.P.S. Supernovae in the nuclear regions of starburst galaxies// Mon. Not. Royal. Astron. Soc. 2001. V.324. P.325-342

153. Mauersberger R., Wilson T.L., Rood R.T., Bania T.M., Hein H., Lin-hart A. Molecular distribution and kinematics in nearby galaxies. I. NGC 253// Astron. Astrophys. 1996. V.305. P.421-434

154. McKee C.F., Ostriker J.P. A Theory of the interstellar medium Three components regulated by supernova explosions in an inhomogeneous substrate// Astrophys. J. 1977. V.218. P.148-169

155. McKee C.F., Zweibel E.G. Alfven waves in interstellar gasdynamics// Astrophys. J. 1995. V.440. P.686-696

156. McKenzie J.F., Westphal K.O. Interaction of linear waves with oblique shock waves// Phys. Fluids 1968. V.ll. P.2350-2362

157. McKenzie J.F., Volk H.J., Nonlinear theory of cosmic-ray shocks including self-generated Alfven waves// Astron. Astrophys. 1982. V.116. P.191-200

158. Mestel L. Problems of star formation I, II// Quart. J. Roy. Astr. Soc. 1965. V.161. P.265-298

159. Miller J.A. Magnetohydrodynamic turbulence dissipation and stochastic proton acceleration in solar flares// Astroph. J. 1991. V.376. P.342-354

160. Milne D.K. An atlas of supernova remnant magnetic fields// Australian J.Phys. 1987. V.40. P.771-787

161. Miyamoto M., Nagai R. Three-dimensional models for the distribution of mass in galaxies// Astron. Soc. of Japan Publ. 1975. V.27. P.533-543

162. Mohan N.R., Goss W.M., Anantharamaiah K.R. Multi-density model of the ionised gas in NGC 253 using radio recombination lines// Astron. Astrophys. 2005. V.432. P. 1-14

163. Niklas S., Klein U., Wielebinski R. A radio continuum survey of Shapley-Ames galaxies at A 2.8cm. II. Separation of thermal and nonthermal radio emission// Astron. Astrophys. 1997. V.322. P.19-28

164. Norman C.A., Ikeuchi S. The disk-halo interaction superbubbles and the structure of the interstellar medium// Astrophys. J. 1989. V.345. P.372-383

165. Quenby J.J., The theory of cosmic-ray modulation// Spase Sci.Rev. 1984.V.37. P.201-267

166. Quest K.B. Simulations of high Mach number perpendicular shocks with resistive electrons// J.Geophys.Res. 1986.V.91. R8805-8815

167. Quest K.B. Theory and simulation of collisionless parallel shocks// J. Geophys. Res. 1988. V.93. P.11311

168. Pacholczyk A.G. Radio astrophysics. Nonthermal processes in galactic and extragalactic sources, San Francisko: Freeman, 1970

169. Paglione T.A.D., Tosaki T., Jackson J.M. The distribution of the dense clouds in the starburst nucleus of NGC 253// Astrophys. J. 1995. V.454. P.L117-L120

170. Paglione T.A.D., Marscher A.P., Jackson J.M., Bertsch D.L. Diffuse gamma-ray emission from the starburst galaxy NGC 253// Astrophys. J. 1996. V.460. P.295-302

171. Parker E.N. A quasilinear model of plasma structure in a longitudinal magnetic field// J. Nucl. Energy, Part C 1961. V.2. P. 146

172. Parker E.N. The passage of energetic charged particles through interplanetary space// Planet. Space Sci. 1965. V.13. P.9-49

173. Pelletier G., Pudritz R. Hydromagnetic disk winds in young stellar objects and active galactic nuclei// Astrophys.J. 1992. V.394. P.117-138

174. Pelletier G., Lemoine M., Marcowith A. Turbulence and particle acceleration in collisionless supernovae remnant shocks. ¡Anisotropic spectra solutions// Astron. Astrophys. 2006. V.453. P.181-193

175. Pen U.L., Arras P., Wong S.K. A free, simple and efficient total variation diminishing magnetohydrodynamic code// Astroph.J. Suppl. Ser. 2003. V.149. P.447-455

176. Pence W.D. A photometric and kinematic study of the barred spiral galaxy NGC 253. I Detailed surface photometry// Astrophys.J. 1980. V.239. P.54-64

177. Pence W.D. A photometric and kinematic study of the barred spiral galaxy NGC 253. II The velocity field// Astrophys.J. 1981. V.247. P.473-483

178. Pohl M., Schlickeiser R. Continuous reacceleration of cosmic rays in galaxies an alternative explanation for flat low frequency radio spectra// Astron. Astrophys. 1992. V.263. P.37-40

179. Perko J.S. Solar modulation of galactic antiprotons//Astron. Astrophys. 1987. V.184. P.119

180. Pohl M., Yan H., Lazarían A. Magnetically limited X-Ray filaments in young supernova remnants// Astrophys.J. 2005. V.626. P.L101-L104

181. Ptuskin V. S., Zirakashvili V. N. Wind driven by cosmic rays in a rotating galaxy. II. Propagation of cosmic rays//Proc. 23rd ICRC, Calgary, 1993. V.2. P.290

182. Ptuskin V.S., Zirakashvili V.N., Breitschwerdt D., Volk H.J. Transport of relativistic nucleons in a galactic wind driven by cosmic rays// Astron. Astrophys., 1997. V.321. P.434-443

183. Ptuskin V.S., Zirakashvili V.N. Limits on diffusive shock acceleration in supernova remnants in the presence of cosmic ray streaming instability and wave dissipation// Astron. Astrophys. 2003. V.403. P.l-10

184. Ptuskin V.S., Zirakashvili V.N. On the spectrum of high-energy cosmic rays produced by supernova remnants in the presence of strong cosmic ray streaming instability and wave dissipation //Astron. Astrophys., 2005. V.429. P.755-765

185. Ptuskin V.S., Zirakashvili V.N. Nonlinear processes in cosmic-ray precursor of strong supernova shock: Maximum energy and average energy spectrum of accelerated particles //Adv. Sp. Res. 2006. V.37. P. 18981901

186. Radovich M., Kahanpaa J., Lemke D. Far-infrared mapping of the star-burst galaxy NGC 253 with ISOPHOT// Astron. Astrophys. 2001. V.377. P.73-83

187. Rand R.J., Kulkarni S.R. The local Galactic magnetic field //Astrophys. J. 1989. V.343. P.760-772

188. Raymond J.C., Cox D.P., Smith B.W. Radiative cooling of a low-density plasma// Astrophys.J. 1976. V.204. P.290-292

189. Rechester A.B., Rosenbluth M.N., Electron heat transport in a Toka-mak with destroyed magnetic surfaces// Phys. Rev. Lett. 1978. V.40. P.38-41

190. Reich P., Reich W. Spectral index variations of the Galactic radio continuum emission Evidence for a Galactic wind //Astron. Astrophys. 1988. V.196. P.211-226

191. Reville B., Kirk J.G., Duffy P., O'Sullivan S. A cosmic ray current-driven instability in partially ionised media//Astron. Astrophys. 2007. V.475. P.435-439

192. Rogister A. Parallel propagation of nonlinear low-frequency waves in high-/? plasma //Phys. Fluids 1971. V.14. P.2733-2739

193. Sakurai T. Magnetic stellar winds a 2-D generalization of the WeberDavis model// Astron. Astrophys. 1985. V.152. P.121-129

194. Schekochihin A.A., Cowley S.C., Taylor S.F. Simulations of the small-scale turbulent dynamo// Astrophys. J. 2004. V. 612. P.276-307

195. Schmutzler Th., Tscharnuter W.M. Effective radiative cooling in optically thin plasmas // Astron.Astrophys. 1993. V.273.P.318-330.

196. Seo E.S., Ptuskin, V.S. Stochastic reacceleration of cosmic rays in the interstellar medium// Astrophys.J. 1994. V.431. P.705-714

197. Skilling J. Cosmic rays in the Galaxy: convection or diffusion?// As-trophys. J. 1971. V.170. P.265-273

198. Skilling J. Cosmic ray streaming. Ill Self-consistent solutions //Mon. Not. Royal Astron. Soc. 1975. V.173. P.255-269

199. Strickland D.K. Winds from nuclear Starbursts: Old truths and recent progress on superwinds// Proc. IAU Symp. N222 2004. P.249-254

200. Strickland D.K., Heckman T.M., Weaver K.A., Hoopes C.G., Dahlem M. Chandra observations of NGC 253. II. On the origin of diffusive X-ray emission in the halos of starburst galaxies// Astrophys.J. 2002. V.568. P.689-716

201. Strickland D.K., Stevens I.R. Starburst-driven galactic winds I. Energetics and intrinsic X-ray emission// Mon. Not. Royal Astron. Soc. 2000. V.314. P.511-545

202. Suchkov A.A., Balsara D.S., Heckman T.M., Leiteherer C. Dynamics and X-ray emission of a galactic superwind interacting with disk and halo gas// Astrophys. J. 1994. V.430. P.511-532

203. Sveshnikova L.G. The knee in the Galactic cosmic ray spectrum and variety in supernovae //Astron. Astrophys., 2003.V.409.P.799-807

204. Tomisaka K., Ikeuchi S. Starburst nucleus Galactic-scale bipolar flow// Astrophys.J. 1988. V.330. P.695-717

205. Ulvestad J.S. An investigation of the star-burst model for radio emission from Seyfert galaxies// Astrophys.J. 1982. V.259. P.96-102

206. Ulvestad J.S., Antonucci R.R. VLA Observations of NGC 253: Supernova remnants and H II regions at 1 parsec resolution// Astrophys.J. 1997. V.488. P.621-641

207. Ulvestad J.S. Circumnuclear supernova remnants and H II regions in NGC 253//Astron. J. 2000. V.120. P.278-283

208. Vink J., Laming J.M. On the magnetic fields and particle acceleration in Cassiopeia A//Astrophys.J. 2003. V.584. P.758-769

209. Vink J. X-ray high resolution and imaging spectroscopy of supernova remnants// Proceedings of the Symposium "The X-ray Universe 2005", San Lorenzo de El Escorial, Spain, 26-30 September 2005, astro-ph/0601131

210. Vladimirov A., Ellison D.C., Bykov A. Nonlinear diffusive shock acceleration with magnetic field amplification// Astrophys. J. 2006. V.652. P.1246

211. Volk H.J. Nonlinear perturbation theory for cosmic ray propagation in random magnetic fields// Astroph. and Space Sci. 1973. V.25. P.471-490

212. Volk H.J. Cosmic ray propagation in interplanetary space// Rev. Geo-phys. Space Phys. 1975. V.13. P.547-566

213. Volk H.J., McKenzie J.F. Characteristics of cosmic ray shocks in the presence of wave dissipation 1982, Proc. 17th ICRC, Paris, 9, 246-249

214. Volk H.J., Berezhko E.G., Ksenofontov L.T. Variation of cosmic ray injection across supernova shocks// Astron. Astrophys. 2003. V.409. P.563-561

215. Volk H.J., Berezhko E.G., Ksenofontov L.T. Magnetic field amplification in Tycho and other shell-type supernova remnants//Astron. Astrophys. 2005. V.433. P.229-240

216. Webb G.M.The diffusion approximation and transport theory for cosmic rays in relativistic flows// Astrophys.J. 1989. V.340. P.1112-1123

217. Weber E.J., Davis L.Jr. The angular momentum of the solar wind// Astrophys. J. 1967. V.148. P.217-228

218. Wentzel D.G.The Propagation and anisotropy of cosmic rays. I. Theory for steady streaming// Astrophys. J., 1969. V.156. P.303-314

219. Wentzel D.G. Cosmic ray propagation in the Galaxy: collective effects// Ann. Rev. Astron. and Astrophys. 1974. V.12. P.71-96

220. Yan H., Lazarian A. Scattering of cosmic rays by magnetohydrodynam-ic interstellar turbulence// Phys. Rev. Lett. 2002. V.89. P.281102(4)

221. Yeh T. Mass and angular momentum effluxes of stellar winds// Astrophys. J. 1976. V.206. P.768-776

222. Zirakashvili V. N., Breitschwerdt D., Ptuskin V.S., Vôlk H.J. Wind driven by cosmic rays in a rotating galaxy. I. Wind structure//Proc. 23rd ICRC, Calgary, 1993. V.2. P.287

223. Zirakashvili V.N., Breitschwerdt D., Ptuskin V.S., Vôlk H.J. Magne-tohydrodynamical galactic wind driven by cosmic rays in a rotating galaxy// Astron. Astrophys. 1996. V.311. P.113-126

224. Zirakashvili V.N. Cosmic ray acceleration by magnetic traps// Proc. 26th ICRC, Salt Lake City, USA, 1999. V.4. P.439-442

225. Zirakashvili V.N., Ptuskin V.S., Vôlk H.J. Random magnetic fields in the galactic wind flow// Proc. 27th ICRC (Hamburg) 2001. P.1827-1830

226. Zirakashvili V.N. Cosmic ray anisotropy problem// Intern. Journal of Modern Physics A 2005. V.20. P.6858-6860

227. Zirakashvili V.N., Vôlk H.J. Simple model of the outflow from starburst galaxies: application to radio observations// Astrophys. J. 2006. V.636. P.140-148

228. Zirakashvili V.N. Hemispherical transport equation: modeling of quasiparallel collisionless shocks// Astron. Astrophys. 2007. V.466. P.l-9

229. Zirakashvili V.N., Ptuskin V.S., Vôlk H.J. Modeling Bell cosmic ray instability// Astrophys. J. 2008. V.678.P.255-261

230. Zirakashvili V.N., Ptuskin V.S. Diffusive shock acceleration with magnetic amplification by non-resonant streaming instability in SNRs// Astrophys. J. 2008. V.678.P.939-949