- Проанализированы физические условия в астрофизических объектах, требуемые для ускорения элементарных частиц до сверхвысоких энергий. На основе анализа новых астрономических данных построена обновленная диаграмма Хилласа, учитывающая наряду с ограничениями из размера источника также ограничения из потерь на излучение. Показано, что лишь самые мощные активные галактики (радиогалактики, квазары и лацертиды) способны ускорить протоны до энергий порядка 1020 эВ, в то время как заметно более многочисленные и близкие сейфертовские галактики могут ускорять до таких энергий тяжелые ядра. В согласии с экспериментальными данными, это предопределяет смешанный состав первичных частиц при самых высоких энергиях.
- Изучено сопутствующее излучение нейтрино и фотонов меньших энергий; показано, что в ряде случаев должно формироваться протяженное изображение источника космических лучей в гамма-диапазоне, и предложен метод наблюдения такого изображения, размер которого меньше углового разрешения телескопа.
- Построена модель глобального распределения направлений прихода космических лучей сверхвысоких энергий от астрофизических источников, основанная на функции распределения плотности числа галактик на расстояниях до 270 Мпк, вычисленной из специально сконструированной полной однородной выборки галактик, и учете взаимодействий космических частиц сверхвысоких энергий при распространении в межгалактическом пространстве. Показано, что современных данных наземных экспериментов недостаточно для изучения глобальной анизотропии, и даны оценки ожидаемого эффекта для астрофизического сценария и для сценария сверхтяжелой темной материи в результатах будущих космических экспериментов (ТУС, JEM-EUSO, S-EUSO).
- Изучена мелкомасштабная анизотропия направлений прихода космических лучей сверхвысоких энергий. Показано, что учет поправок на отклонения заряженных частиц в магнитном поле Галактики приводит к исчезновению кластеров направлений прихода, обнаруженных в данных AG AS А и Якутской установки. Обнаружены корреляции направлений прихода частиц, зарегистрированных AG AS А и Якутской установкой, с положениями лацертид -источников гамма-излучения и с положениями неидентифициро-ванных гамма-источников. Проведен сравнительный анализ корреляций положений астрофизических источников различных классов с направлениями прихода частиц, зарегистрированных экспериментами AGASA, HiRes и Якутской установкой, и показано, что коре-ляции с данными всех трех экспериментов наблюдаются лишь у одного класса объектов - у лацертид.
- На основе анализа физических условий в радиогалактике Сеп А показано, что она является вероятным ускорителем ядер промежуточной массы до сверхвысоких энергий. Проведен анализ анизотропии направлений прихода космических частиц сверхвысоких энергий, зарегистрированных Обсерваторией Pierre Auger, и показано, что наблюдаемая анизотропия согласуется с этой гипотезой.
- На основе анализа позиционных корреляций в данных эксперимента HiRes обнаружено указание на наличие нейтральных частиц сверхвысоких энергий от лацертид, не находящее объяснения в рамках Стандартной модели физики элементарных частиц. Сформулирована количественная гипотеза (2%+^´5%о событий при энергиях E> 10эВ вызваны нейтральными первичными частицами от лацертид) и оценена перспектива ее проверки в будущих экспериментах. Изучены астрофизические характеристики коррелирующих лацертид. Предложено теоретическое объяснение наблюдаемого эффекта, основанное на предположении о существовании легкой (m < 10~7 эВ) псевдоскалярной частицы, смешивающейся с фотоном во внешнем магнитном поле. Оценены потоки таких частиц от астрофизических источников, сформулированы следствия предлагаемого объяснения, проверка которых также возможна в будущих экспериментах
- Апробация диссертации. Основные результаты, полученные в Китцбюль, 2005), в лекциях на Баксанской международной школе "Частицы и космология" (2001, 2003).
2.D. S. Gorbunov, P. G. Tinyakov, S. V. Troitsky. Constraints on ultra¬high energy neutrinos from optically thick astrophysical accelerators. // - Astropart. Phys. - 2003. - 18. - P.4G3 470.
3.D. S. Gorbunov, S. V. Troitsky. Declination dependence of the cosmic-ray flux at extreme energies. // - JCAP. - 2003. - 0312. - 010.
4.D. S. Gorbunov, P. G. Tinyakov, I. I. Tkachev, S. V. Troitsky. Testing the correlations between ultra-high-energy cosmic rays and BL Lac type objects with HiRes stereoscopic data // - Письма ЖЭТФ. - 2004. -80. - P.167^170.
5.D. S. Gorbunov, P. G. Tinyakov, I. I. Tkachev, S. V. Troitsky. Identi¬fication of extragalactic sources of the highest energy EGRET photons by correlation analysis // - Mon. Not. Roy. Astron. Soc. - 2005. - 362.
-P.L30 L34.
6.D. S. Gorbunov, S. V. Troitsky. A comparative study of correlations
between arrival directions of ultra-high-energy cosmic rays and
positions of their potential astrophysical sources // - Astropart. Phys.
-2005. - 23. - P.175^189.
7.S. V. Troitsky. Magnetic deflections and possible sources of the
clustered ultra-high-energy cosmic rays. // - Astropart. Phys. - 2006.
-26. - R325-331.
8.D. S. Gorbunov, P. G. Tinyakov, I. I. Tkachev, S. V. Troitsky. Estimate of the correlation signal between cosmic rays and BL Lacs in future data // - JCAP. - 2006. - 0601. - 025.
9.G. I. Rubtsov, L. G. Dedenko, G. F. Fedorova, E. Yu. Fedunin, A. V. Glushkov, D. S. Gorbunov, I. T. Makarov, M. I. Pravdin, Т. M. Roganova, I. E. Sleptsov, S. V. Troitsky. Upper limit on the ultra-high-energy photon flux from AGASA and Yakutsk data. // -Phys. Rev. - 2006. - D73. - 063009.
10.L. G. Dedenko, G. F. Fedorova, Т. M. Roganova, M. I. Pravdin,
I. E. Sleptsov, V. A. Kolosov, A. V. Glushkov, D. S. Gorbunov,
G. I. Rubtsov, S. V. Troitsky. Possible observations of new physics
in ultrahigh-energy cosmic rays. // - Ядерная физика. - 2007. - 70.
-С. 170 174.
11.D. S. Gorbunov, G. I. Rubtsov, S. V. Troitsky. Air-shower simulations with and without thinning: Artificial fluctuations and their suppression. // - Phys. Rev. - 2007. - D76. - 043004.
12.D. S. Gorbunov, G. I. Rubtsov, S. V. Troitsky. Towards event-by-event studies of the ultrahigh-energy cosmic-ray composition. // - Astropart. Phys. - 2007. - 28. - P.28 40.
13.A. V. Glushkov, D. S. Gorbunov, I. T. Makarov, M. I. Pravdin, G. I. Rubtsov, I. E. Sleptsov, S. V. Troitsky. Constraining the fraction of primary gamma rays at ultra-high energies from the muon data of the Yakutsk extensive-air-shower array // - Письма ЖЭТФ. - 2007.
-85. - C.163-167.
14.M. Fairbairn, S. Gninenko, N. Krasnikov, V. Matveev, T. Rashba, A. Rubbia, S. Troitsky. Searching for energetic cosmic axions in a laboratory experiment // - Eur. Phys. J. - 2007. - C52. - P.899^904.
15.A. V. Glushkov, I. T. Makarov, M. I. Pravdin, I. E. Sleptsov, D. S. Gorbunov, G. I. Rubtsov, S. V. Troitsky. Muon content of ultra¬high-energy air showers: Yakutsk data versus simulations. // - Письма ЖЭТФ. - 2008. - 87. - 0.220 224.
16.О. Е. Kalashev, В. A. Khrenov, P. Klimov, S. Sharakin, S. V. Troitsky. Global anisotropy of arrival directions of ultra-high-energy cosmic rays: capabilities of space-based detectors. // - JCAP. - 2008. - 0803. - 003.
17.S. V. Troitsky. Spectral energy distributions and high-energy emission of BL Lac type objects // - Mon. Not. Roy. Astron. Soc. - 2008. - 388. - P.L79^L83.
18.D. S. Gorbunov, P. G. Tinyakov, I. I. Tkachev, S. V. Troitsky On the interpretation of the cosmic-ray anisotropy at ultra-high energies // -Preprint arXiv:0804.1088 [astro-ph]. - 2008.
19.K. Ptitsyna, S. Troitsky. Physical conditions in potential sources of ultra-high-energy cosmic rays. I. Updated Hillas plot and radiation-loss constraints. // - Preprint arXiv:0808.0367 [astro-ph]. - 2008.
20.S. Gureev, S. Troitsky. Physical conditions in potential sources of ultra-high-energy cosmic rays. II. Nearby active galaxies correlated with Auger events. // - Preprint arXiv:0808.0481 [astro-ph]. - 2008.
21.M. Fairbairn, T. Rashba, S. Troitsky. Gamma-ray halo around 3C 279: looking through the Sun on October 8 // - Preprint arXiv:0809.4886 [astro-ph]. - 2008.