УДК 524.7-77
ГИГАНТСКИЕ РАДИОГАЛАКТИКИ - СТАРЫЕ ДОЛГОЖИВУЩИЕ КВАЗАРЫ?
© 2009 г. Б. В. Комберг, И. Н. Пащенко
Астрокосмический центр Учреждения Российской академии наук Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, Москва, Россия Поступила в редакцию 20.11.2008 г.; принята в печать 30.12.2008 г.
На основе имеющихся в литературе данных, а также данных БОЗБ-обзора и каталога АРМ рассматриваются свойства гигантских радиоисточников ^НБ) с целью выяснения условий, способствующих их формированию. Проводятся сравнения со свойствами радиоисточников (НБ) нормального размера (<1 Мпк) как в радио-, так и в оптическом диапазоне. Сделаны следующие выводы: (1) доля объектов с широкими линиями излучения среди gRS со спектрами высокого возбуждения оказывается такой же, как и для изотропных выборок НЗ, и в рамках "унифицированной схемы" это свидетельствует об изотропном распределении углов радиовыбросов gRS к лучу зрения, т.е. gRS не являются популяцией объектов с радиовыбросами в плоскости неба; (2) по распределению различных параметров асимметрии протяженных радиокомпонент gRS не отличаются от нормальных НЗ, однако из факта сходства распределений асимметрии для гигантских радиогалактик ^НО) и гигантских радиоквазаров (gQSS) в рамках унифицированной схемы следует, что причиной формирования асимметрии их протяженных радиокомпонент является неоднородность внешних условий; (3) по наблюдаемым мощностям радиовыбросов gRS не отличаются от RS нормального размера, поэтому вряд ли большие размеры gRS обусловлены этим фактором; (4) по богатству и характеру окружения gRS не отличаются от нормальных RS, при этом материнские галактики gRS встречаются как практически изолированными, так и в скоплениях вплоть до богатства класса 1 по Эйблу, что противоречит точке зрения, согласно которой низкая плотность внешней среды является единственной причиной формирования gRS; (5) относительно большая доля радиоисточников с двумя парами протяженных радиокомпонент (DDRS) в популяции gRS свидетельствует о примерно на порядок большем времени жизни gRS относительно RS нормального размера, что с учетом равенства пространственных плотностей близких (х < 0.1) gRS и РН11-радиоисточников (FRII-RS) с мощностью Р\л мгц > 1025 Вт/Гц указывает на то, что ~10% FRII-RS имеют на порядок большие времена жизни и эволюционируют в гигантские RS; (6) малая (~0.1) величина отношения числа известных gRS к числу FRII-RS нормального размера, а также на порядок меньшая относительно предсказываемой наблюдаемая пространственная плотность gRS на х ~ 0.6 указывает на значительное число gRS, пропущенных обзорами при х > 0.1, что может быть обусловлено наблюдательной селекцией из-за их относительно малой радиомощности и поверхностной яркости радиокомпонент; (7) отсутствие гигантских квазаров с двумя парами протяженных радиокомпонент (DDgQSS) может говорить об их меньшем относительно gRG времени активности, так что в эволюционной схеме, альтернативной унифицированной схеме и объединяющей "радиогромкие" QSS и НО, радиоквазары со временем эволюционируют в радиогалактики, причем в рамках этой схемы наблюдаемое относительное число радиоквазаров в популяции gRS (~10%) можно интерпретировать как существование долгоживущей популяции "радиогромких" QSS, составляющих ~10% от всех радиоквазаров, и такая популяция долгоживущих радиоквазаров может являться родительской популяцией для gRG.
PACS: 98.54.Aj, 98.54.Gr
1. ВВЕДЕНИЕ
Гигантские радиоисточники (gRS) с размерами протяженных радиокомпонент (Extended Radio Components — ERC) D >1 Мпк (для постоянной Хаббла H0 = 50 км с_1Мпк_1) были впервые обнаружены в 1974 г. [1]. Ими оказались гигантские радиогалактики (gRG): 3С 236 (z - 0.1) и DA 240
(х ~ 0.04) с размерами около 5 и 2 Мпк, соответственно. Исследования этого редкого класса радиоисточников (к настоящему времени известно уже около 140 gRS [2—8] с красными смещениями х = 1.8 ((х) = 0.3) и угловыми размерами до десятка угловых минут (рис. 1)) представляются интересными по нескольким причинам. Во-первых, ис-
следование gRS может помочь понять, как радиоисточник эволюционирует со временем и какие физические параметры влияют на его эволюцию. Во-вторых, благодаря гигантским линейным размерам, возникает возможность использования протяженных структур gRS в качестве "зондов" межгалактической среды (ЮМ), так как "радиоуши" gRS выходят далеко за пределы материнской галактики. Интересен также вопрос о возможной связи между вытянутостью протяженных компонент gRS и распределением галактик. Кроме того, большой угловой размер gRS делает также возможным их вклад в наблюдаемую мелкомасштабную (на масштабах угловых минут) анизотропию реликтового излучения за счет эффекта Зельдовича—Сюняева (ZS) на релятивистских электронах в протяженных радиокомпонентах gRS [9, 10].
Однако до сих пор остается непонятным, какие именно причины приводят к формированию гигантских размеров gRS. Ими могут быть или особые внешние условия (например низкая плотность межгалактической среды в которой распространяется выброс [11]), или исключительные внутренние свойства "центральной машины" gRS (например, большая мощность выброса или время жизни радиоисточника [12]). Возможно, что ни одна из перечисленных причин не является исключительной, и для формирования gRS необходимо выполнение сразу нескольких из них [ 13].
В этой работе мы рассмотрим некоторые свойства gRS как класса: относительное число радиоисточников различной спектральной классификации и асимметрии, свойства окружения. Проводится сравнение с радиоисточниками (RS) нормального размера с целью выявления возможных причин формирования gRS. План статьи следующий. В разделе 1 мы перечислим общие свойства класса gRS и некоторые следствия из них. В разделе 2 мы рассмотрим асимметрию радиоструктур gRS и сравним ее с асимметрией RS нормального размера. В разделе 3 мы рассмотрим большую мощность выброса как одну из возможных причин формирования gRS. В разделе 4 будет рассмотрено окружение gRS. Наконец, в разделе 5 будет рассмотрена гипотеза о времени жизни как причине формирования gRS. Везде, кроме специально оговоренных случаев, в этой работе использована космологическая модель с Н0 = 71 км с-1 Мпк-1, Пи = 0.27, Пл = 0.73.
2. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ГИГАНТСКИХ
радиоисточников
Перечислим основные свойства gRS как класса [5, 6]. По морфологии протяженного радиоизлучения, как и по его мощности Р14 ггц~
-1024-1028 Вт Гц"1 (рис. 2), большинство gRS представляют собой RS типа FRII [14], хотя известно с десяток RS типа FRI и столько же промежуточного типа. Спектральные исследования примерно половины gRS в оптическом диапазоне [4, 15—19] показали, что около половины объектов являются радиогалактиками с эмиссионными линиями низкого возбуждения (LERG — Low Excitation Radio Galaxies) [15, 20, 21] или являются объектами, оптический спектр материнских галактик которых представляет собой типичный спектр эллиптической галактики с абсорбционными линиями. Примерно треть объектов классифицируются как радиогалактики с узкими эмиссионными линиями (NLRG — Narrow Line Radio Galaxies) или радиогалактики с эмиссионными линиями высокого возбуждения (HERG — High Excitation Radio Galaxies) и ^20% объектов обнаруживают широкие линии излучения и являются "радиогромкими" квазарами (QSS — Quasi Stellar Sources) или радиогалактиками с широкими линиями излучения (BLRG — Broad Line Radio Galaxies) в зависимости от их оптической светимости.
Интересно рассмотреть свойства gRS с точки зрения так называемой "унифицированной схемы" (УС) [22, 23]. УС предполагает, что наличие широких линий в оптическом спектре материнской галактики RS связано с возможностью наблюдения области формирования широких эмиссионных линий (BLR — Broad Line Region), расположенной в пределах ^0.1 пк от сверхмассивной черной дыры (SMBH) [24]. При больших углах наклонения выброса относительно луча зрения эта область будет закрыта газо-пылевым тором, обладающим значительным поглощением в оптическом и мягком рентгеновском диапазонах. Если gRS являются, за исключением размеров, обычными RS, например долгоживущими, и селекционные критерии выборок gRS не вносят смещений по углам наклонения выбросов, то в рамках УС доля квазаров (или доля объектов с широкими линиями излучения в спектрах) должна быть примерно равной доле объектов с широкими линиями из других изотропных выборок RS, так как эта доля зависит лишь от угла раскрыва газо-пылевого тора [25]. Так как принимаемое низкочастотное (^100 МГц) излучение генерируется релятивистскими частицами в основном в ERC, которые не принимают участия в релятивистском объемном движении, то в низкочастотных выборках нет селекции по углам наклонения. Это, например, означает, что в 3CRR-выборке RS распределены изотропно. Важно однако учитывать неоднородность класса объектов, составляющих выборку, т.е. возможные внутренние отличия в структурах и физических условиях в центральных областях RS. Например, возрастающая доля
я о м s к F о н о s о
5
s F
40 35 30 25 20 15 10
143 gRS
0 0.1
0.2 0.3 0.4 0.5
z
70
60
я
§ 50 s к F о н о s о ч о s F
0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
40
30
20
10
143 gRS
10 20 30 40 Угловой размер
50 60'
Рис. 1. Распределения известных gRS по красному смещению и угловому размеру протяженных радиокомпонент для 143 источников из [5, 6]. На левой гистограмме 2 gRS находятся в области г > 1: Л432+1548 с г = 1.005 и J0908+3943 (4С 39.24) с г = 1.883.
5
40 35
30
я
о
м
§ 25
F
§ 20 s
о л
о s F
15 10 5 0
23.5 24.0 24.5 25.0 25.5 26.0 26.5 27.0 27.5 28.0 lg P1.4 ГГц (Вт/Гц)
□ 143 gRS
27.5 27.0
Гц) 26.5 |26.°
( 25.5
Г
g
25.0 24.5 24.0 23.5
h - ; ч r;£
t +
143 gRS
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
z
Рис. 2. Распределение gRS по мощности радиоизлучения протяженных компонент на частоте 1.4 ГГц и (Р — г)-диаграмма для 143 gRS, где Р1.4ГГц — мощность на частоте 1.4 ГГц, исправленная за &-поправку.
LERG-радиогалактик на близких красных смещениях существенно изменяет отношение числа квазаров к числу радиогалактик [26]. Предполагается, что LERG-радиогалактики не участвуют
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.