ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2014, том 40, № 2-3, с. 93-105
УДК 524.354.4
ИЗЛУЧЕНИЕ ГАЛАКТИКИ NGC 1275 ПРИ ВЫСОКИХ И СВЕРХВЫСОКИХ ЭНЕРГИЯХ И ЕГО ПРОИСХОЖДЕНИЕ
© 2014 г. В. Г. Синицина , В. Ю. Синицина
Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва Поступила в редакцию 12.04.2013 г. После доработки 13.10.2013г.
Сейфертовская галактика NGC 1275 является центральной, доминантной галактикой в скоплении галактик Персея. NGC 1275 известна как мощный источник радио- и рентгеновского излучения. В рамках долгосрочных исследований метагалактических источников гамма-излучения, на высокогорных зеркальных черенковских телескопах ШАЛОН проведены наблюдения известного внегалактического объекта NGC 1275. В 1996 г. в наблюдениях телескопом ШАЛОН был обнаружен новый метагалактический источник гамма-излучения сверхвысоких энергий, согласующийся по своим координатам с галактикой NGC 1275. На основе анализа данных, полученных на телескопах ШАЛОН, впервые определены такие характеристики NGC 1275, как спектральные энергетические распределения и изображения в диапазоне энергий >800 ГэВ. Результаты, полученные при высоких и сверхвысоких энергиях, необходимы для понимания процессов генерации излучения во всем широком энергетическом диапазоне.
Ключевые слова: сейфертовская галактика, NGC 1275, скопление галактик Персея.
DOI: 10.7868/S0320010814030073
ВВЕДЕНИЕ
Скопление галактик в созвездии Персея является одним из наиболее изученных скоплений, благодаря относительной близости (расстояние составляет ^100 Мпк или красное смещение z = = 0.0179) и яркости. Скопления галактик уже давно рассматриваются как возможные кандидаты в источники ТэВ-ных гамма-лучей, излучаемых протонами и электронами, ускоренными на крупномасштабных ударных волнах или галактическим ветром, или активными ядрами галактик (Денни-сон, 1980; Хьюстон и др., 1984; Колафранцеско, Блази, 1998; Сарацин, 1999; Миниати и др., 2001; Тимохин и др., 2004; Колафранцеско, Марчегиани, 2009). Доминантной галактикой в скоплении Персея является NGC 1275.
ГАЛАКТИКА NGC 1275
Галактика NGC 1275 классифицирована различным образом. Например, как сейфертовская галактика типа 1.5 из-за обнаружения широких эмиссионных линий в ее спектре при длинах волн, соответствующих оптическому диапазону (Верон-Цети, Верон, 1998). Но также, в рамках единой
Электронный адрес: sinits@sci.lebedev.ru
модели активных галактических ядер (АГЯ) (Фа-нарофф, Райли, 1974; Урри, Падовани, 1995), она относится и к основному классу лацертид, благодаря сильной и быстрой переменности излучения и его поляризации (Ангел, Стокман, 1980). Следует заметить, что есть свидетельство того, что упомянутая схема объединения АГЯ может быть даже упрощена (Харб и др., 2010).
NGC 1275 является мощным источником радио- и рентгеновского излучения. В радиодиапазоне объект, найденный в NGC 1275, известный также как Персей А и 3С84, имеет мощное и компактное ядро, которое хорошо изучено радиотелескопом VLBI (Вермулен и др., 1994; Тэлок, Вермулен, 1996; Асада и др., 2006). NGC 1275 является чрезвычайно яркой в радиодиапазоне и классифицирована как FR I радиогалактика; она имеет ярко выраженную структуру, состоящую из компактного центрального источника и протяженного выброса (Вермулен и др., 1994; Асада и др., 2009). Также, имея в центре сверхмассивную черную дыру (с массой 3.4 х 108 MQ) (Вилман и др. 2005), NGC 1275 обнаруживает прецессию выбросов, которая может быть интерпретирована как возможное проявление того, что NGC 1275 это результат слияния двух галактик (Льу, Чен, 2007). Радиоизлучение простирается на большие
Рис. 1. Изображение источника NGC 1275 в рентгеновском диапазоне (0.1—2.4 кэВ), полученное телескопом ROSAT (Берингер и др., 1993). Контурами представлена радиоструктура источника по данным радионаблюдений VLA. Максимумы радио- и рентгеновского излучения совпадают с активным галактическим ядром NGC 1275, тогда как рентгеновское излучение практически полностью исчезает в окрестности ярких участков радиокомпонент.
расстояния и демонстрирует явное взаимодействие с газом внутри кластера галактик Персея. Наблюдения ROSAT (Берингер и др., 1993), а позднее и Chandra (Фабиан и др., 2006), выявили наличие полостей в находящемся внутри скопления газе, присутствие которых предполагает, что выбросы 3С84 выметают многочисленные "пузыри" в атмосфере скопления Персея (рис. 1).
Галактика NGC 1275, окруженная протяженными волокнистыми структурами, исторически вызывала большой интерес благодаря как своему положению в центре Скопления Персея, так и своей возможной "подпитывающей" скопление роли (Галахер, 2009). Свидетельство "подпитывающей" роли NGC 1275 может быть получено из результатов наблюдений ROSAT и Chandra, из которых видны оболочки из горячего газа и полости, которые пространственно совпадают с радиоструктурами (рис. 1), тянущимися от центральной, активной части АГЯ. NGC 1275 также вызывает интерес благодаря своему близкому расположению к Земле с красным смещением z = 0.0179 (Штраус и др., 1992), что дает возможность изучить физику релятивистских выбросов.
Верхние пределы на гамма-излучение кластера галактик Персея и его центральной галактики
NGC 1275 были получены в различных экспериментах на спутниках. Первые наблюдения были проведены телескопом COS-B в период с 1975 по 1979 г. (Стронг и др., 1982), затем космической установкой EGRET в 1995 (Томпсон и др., 1995).
В области сверхвысоких энергий верхние пределы были получены в разные годы на наземных экспериментах, таких как сцинцилляционная установка большой площади Tibet Array при E > > 3 ТэВ (1999) (Аменомори, 1999); на черенков-ских телескопах Whipple (2006) (Перкинс и др., 2006) при энергиях >400 ГэВ; MAGIC (2009) (Алексик и др., 2010) при E > 100 ГэВ и Veritas (2009) (Аккиари и др., 2009) при E >188 ГэВ. Недавно NGC 1275 была зарегистрирована при высоких энергиях 100 МэВ — 300 ГэВ спутниковым телескопом Fermi LAT (Абдо и др., 2009). Для понимания процессов генерации излучения во всем энергетическом диапазоне необходимо расширение спектрального энергетического распределения вплоть до сверхвысоких энергий.
В данной работе описываются как результаты пятнадцатилетних исследований активной галактики NGC 1275, полученные при сверхвысоких энергиях с помощью зеркального черенковского телескопа ШАЛОН, так и экспериментальный подход к поиску механизмов излучения гамма-квантов в кластерах галактик и активных галактических ядрах, находящихся в атмосфере скоплений.
ЗЕРКАЛЬНЫЕ ЧЕРЕНКОВСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ ШАЛОН
Зеркальные гамма-телескопы ШАЛОН Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, на которых получены приведенные в статье данные, являются единственными действующими гамма-телескопами в Российской Федерации и одной из пяти телескопических установок в мире, ведущих в настоящее время систематические наблюдения локальных источников гамма-квантов в ТэВ-ной области энергий. Методические эксперименты и наблюдения на первом зеркальном черенковском телескопе ШАЛОН были начаты двадцать лет тому назад. Описание эксперимента ШАЛОН и его основных характеристик приведено в (Сини-цина, 1995, 1996, 1997, 2000, 2006; Синицина, и др., 1998, 2003, 2007, 2009; Никольский, Синицина, 1989, 2004; Синицина, Синицина, 2011а, 2011б). Параметры телескопа, методика наблюдения и критерии отбора гамма-ливней от фоновых ливней космических лучей также описаны в (Никольский, Синицина, 1989; Синицина, 1995, 1996; Синицина , Синицина , 2011а, 2011б).
Комплекс зеркальных черенковских телескопов ШАЛОН АЛАТОО (рис. 2) предназначен для наблюдений гамма-квантов от локальных источников в интервале энергий от 800 ГэВ до 100 ТэВ.
Рис. 2. Зеркальный черенковский телескоп ШАЛОН-1 в обсерватории.
Гамма-телескопы ШАЛОН расположены на высоте 3340 м над уровнем моря, каждый их которых имеет составное зеркало площадью 11.2 м2. Матрица светоприемника, состоящая из 144 фотоумножителей ФЭУ-85, собранных в квадратную матрицу и установленных в фокусе зеркала, имеет характеристики, достаточные для записи информации о структуре ливня в рассматриваемом диапазоне энергий. Светоприемник имеет наибольшие в мире угловые размеры >8°, что позволяет вести контроль фона от заряженных частиц космического излучения и прозрачности атмосферы непрерывно, в процессе наблюдений, а также расширяет площадь наблюдения и, следовательно, эффективность наблюдений (Никольский, Синицина, 1989; Синицина, 1995, 1996). Методика одновременного получения информации о фоне космических лучей и ливнях, инициированных гамма-квантами, является уникальной и применяется в эксперименте ШАЛОН с самого начала его работы (Никольский, Синицина, 1989; Синицина, 1995, 1996). Используемая методика служит увеличению полезного времени слежения за источником, при этом, что особенно важно, условия наблюдения источника и фона, такие как толщина и состояние атмосферы, остаются одинаковыми. Такой способ недоступен другим гамма-астрономическим экспериментам из-за меньшего поля зрения используемых в мире телескопов. Кроме того, широкий угол обзора позволяет записывать полностью и практически без искажений нецентральные ливни, приходящие на расстояниях более 30 м от оси телескопа, количество которых составляет более 90% от всех, регистрируемых телескопом. Направление прихода первичной частицы при первичном анализе определяется с точностью до <0.1°. Дальнейший, разработанный специально для телескопов ШАЛОН
и основанный на методе регуляризации Тихонова (Тихонов, Арсенин, 1979; Горчарский, Черепащук, Ягола, 1985), анализ улучшает точность определения до величины, меньшей 0.01°.
Основную трудность в обнаружении и исследовании источников гамма-квантов сверхвысоких энергий представляет наличие значительного, в 1000 раз большего, фона космических лучей, которые вызывают в атмосфере Земли черенков-ские вспышки, трудно отличимые от вспышек, вызванных гамма-квантами. Поэтому важным этапом гамма-астрономических экспериментов является определение критериев отбора гамма-ливней от фоновых ливней космических лучей (Синицина, 1996; Синицина, Синицина, 2011б).
Далее, на рис. 3—5, предста
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.