КОМПТОНОВСКОЕ РАССЕЯНИЕ КОСМИЧЕСКОГО ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ НА ЭЛЕКТРОНАХ В РАДИАЦИОННЫХ ПОЯСАХ ЗЕМЛИ

По данным эксперимента PAMELA обнаружены высыпания электронов из радиационного пояса Земли в моменты регистрации гамма-всплесков внеземного происхождения, что порождает гипотезу о взаимосвязи этих явлений. В работе приводятся оценки количества электронов, испытавших взаимодействие с гамма-квантами посредством эффекта Комптона и изменивших свою энергию и траектории в приближении так называемой «игрушечной модели». Получены формула для определения сечения взаимодействия гамма-кванта и покоящегося электрона в зависимости от угла вылета электрона и энергетический спектр вылетевших электронов. В распределении вторичных электронов по энергиям наблюдается узкий пик вблизи максимальной энергии, которая близка к энергии начального гамма-кванта. Проведена оценка верхней границы для вклада рассматриваемого процесса в превышение темпа счета электронов над фоновым значением, зарегистрированных в эксперименте PAMELA. Получено, что предложенный механизм не позволяет объяснить наблюдаемый эффект, рассчитанный темп счета электронов оказывается на несколько порядков ниже, что объясняется малым сечением комптоновского рассеяния. 

1. Kovtyukh A.S. Ion Composition of the Earth’s Radiation Belts in the Range from 100 keV to 100 MeV/nucleon: Fifty Years of Research // Space Science Reviews, 2018. Vol. 214. № 124. 30 p.

2. Sgrigna V., Carota L., Conti L., et al. Correlations between earthquakes and anomalous particle bursts from SAMPEX/PET satellite observations // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 2005. Vol. 67. Pp. 1448–1455.

3. Parrot M., Berthelier J.J., Lebreton J.P., et al. Examples of unusual ionospheric observations made by the DEMETER satellite over seismic regions // Physics and Chemistry of the Earth, 2006. Vol. 31. P. 486–495.

4. Александрин С.Ю., Гальпер А.М., Колдашов С.В. и др. Изучение локальных возмущений радиационного пояса в спутниковых экспериментах «АРИНА» и «ВСПЛЕСК» // Труды 31-й Всероссийской конференции по космическим лучам, М.: МГУ, 2010.

5. Fidani C., Battiston R., Burger W.J. A study of the correlation between earthquakes and NOAA satellite energetic particle bursts // Remote Sensing, 2010. Vol. 2, P. 2170–2184.

6. Akimov V.V., Voronov S.A., Galper A.M. et al. Gamma ray telescope GAMMA-1 // Space Science Review, 1988. Vol. 49. P. 111–124.

7. Baker, D.N., Mason, G.M., Figueroa, O. et al. An overview of the solar, anomalous, and magnetospheric particle explorer (SAMPEX) mission // IEEE Trans. Geosciences and Remote Sensing, 1993. Vol. 31. № 5. Pp. 531–541.

8. Voronov S.A., Galper A.M., Koldashov S.V. et al. Maria-2 charged particles’ magnetic spectrometer // Приборы и техника эксперимента, 1991. № 2. Pp. 59–62.

9. Александров А.П., Воронов С.А, Гальпер А.М. и др. Эксперимент по исследованию потоков заряженных частиц высоких энергий на орбитальном научном комплексе Мир (эксперимент Мария-2). М.: МИФИ, 1988.

10. Бакалдин А.В., Батищев А.Г., Воронов С.А. и др. Эксперимент «АРИНА» на КА «Ресурс-ДК1» по изучению прогностических характеристик всплесков высокоэнергичных заряженных частиц – предвестников землетрясений // Научная сессия МИФИ-2007. Т. 7 Астрофизика и космофизика. Проблемы современной математики. Физика пучков и ускорительная техника, 2007. С. 66–68.

11. Aleksandrin S.Yu., Galper A.M., Zharaspayev T.R., Koldashov S.V. Temporal and energy characteristics of high-energy electron bursts in the Earth's magnetosphere that are associated with geophysical processes // Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Physics, 2015. Vol. 79. № 5. Pp. 646–648.

12. Aleksandrin S.Yu., Galper A.M., Koldashov S.V., et al. High-energy charged particle bursts in the near-Earth space as earthquake precursors // Annales Geophysicae, 2003. Vol. 21. Is. 2. Pp. 597–602.

13. Galper A.M., Koldashov S.V., Voronov S.A. High-energy particle flux variations as earthquake predictors // Advances in Space Research, 1995. Vol. 15. Is.11. Pp. 131–134.

14. Molchanov O.A., Majaeva O.A., Protopopov M.L. Observation of electromagnetic emissions of seismic origin on board INTERCOSMOS-24 satellite // Cosmic Research, 1992. Vol. 32. № 6. Pp. 128–137.

15. Гальпер А.М., Дмитриенко В.В., Никитина Н.В. и др. О возможности предсказания землетрясений по изменению потоков высокоэнергичных заряженных частиц в околоземном космическом пространстве. М.: МИФИ, 1988.

16. Morozova D.N., Mayorov A.G. Search for the Relationship between Particle Precipitation from the Earth's Radiation Belt and Cosmic Gamma-Ray Bursts // Physics of Atomic Nuclei, 2021. Vol. 84. Is. 9. Pp. 1636–1640.

17. Морозова Д.Н., Майоров А.Г. Взаимосвязь высыпаний частиц из радиационного пояса Земли и космических гамма-всплесков // Труды XVII Конференции молодых ученых «Взаимодействие полей и излучения с веществом», 2022. С. 240–242.

18. Picozza P., Galper A.M., Castellini G., et al. PAMELA – a payload for antimatter matter exploration and light-nuclei astrophysics // Astroparticle Physics, 2007. Vol. 27. № 4. Pp. 296–315.

19. von Kienlin A., Meegan C.A., Paciesas W.S. et al. The Fourth Fermi-GBM Gamma-Ray Burst Catalog: A Decade of Data // The Astrophysical Journal, 2020. Vol. 893. № 1. Pp. 46–50.

20. Barbarino G., Boscherini M. Campana D., et al. The PAMELA time-of-flight system status report // Nuclear Physics B – Proceedings Supplements, 2003. Vol. 125. Pp. 298–302.

21. Atwood W.B., Abdo A., Ackermann M., et al. The Large Area Telescope on the Fermi gamma-ray space telescope mission // The Astrophysical Journal, 2009. Vol. 697. Pp. 1071–1102.

22. Ackermann M., Ajello K., Asano M., et al. The first Fermi-LAT gamma-ray burst catalog // The Astrophysical Journal Supplement Series, 2013. Vol. 209. № 1. article id. 11. 90 p.

23. Берестецкий В.Б., Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Квантовая электродинамика. М.: Наука, 1989. 728 с.