АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2007, том 84, № 7, с. 579-591
УДК 524.527- 77+524.3-13
КАТАЛОГ МЕТАНОЛЬНЫХ МАЗЕРОВ I КЛАССА
© 2007 г. И. Е. Вальтц, Г. М. Ларионов
Астрокосмический центр Физического института им. П.Н. Лебедева, Москва, Россия Поступила в редакцию 29.11.2006 г.; после доработки 27.12.2006 г.
Представлен каталог метанольных мазеров I класса, открытых на данный момент в северном и южном полушарии. Каталог содержит 160 источников. На основе статистического анализа показано, что в пределах 2 относительно координат наведения, что примерно соответствует полю зрения одиночных антенн, на которых проводились поисковые обзоры, более 50% метанольных мазеров I класса отождествляется с объектами, типичными для областей активного звездообразования: источниками IRAS, ультракомпактными HII-зонами, плотными газо-пылевыми сгустками (след в линиях CS) и межзвездными мазерами OH и H2O. В то же время с биполярными потоками, которые могут играть роль в накачке мазеров на фронтах взаимодействия с молекулярными облаками, отождествилось менее четверти от общего числа мазеров I класса. С метанольными мазерами II класса мазеры I класса отождествились в 72% случаев. Данные результаты позволяют сделать вывод, что метанольные мазерные области наиболее надежно классифицирутся по типу перехода (т.е. по типу накачки мазера), а не по признаку ассоциации с другими астрономическими объектами.
PACS: 98.58.Ec, 95.80.+p
1. ВВЕДЕНИЕ
Мазерные линии межзвездного метанола были случайно открыты в 1971 г. Барретом и др. [1] на 37-м антенне в Хайстеке (США) с диаграммой 1.3' в направлении хорошо известной области звездообразования Оп А. Они попали в полосу частот молекулы ^О, которую искали авторы. Баррет и др. [1] отождествили 5 сильных линий метанола серии (.2 — 3\)Е на частоте 25 ГГц и высказали предположение, что интенсивность наблюдаемых линий имеет нетепловую природу. Далее Хилзом и др. [2] в наблюдениях на 100-м телескопе в Эффельсберге было показано, что эти узкие, яркие линии излучаются пространственно разнесенными компонентами, верхний предел на размеры которых дает яркостную температуру более 800 К, что в 10 раз превышает максимальную кинетическую температуру, которая может быть получена из ширины метанольных линий. Впоследствии этот результат был получен в интерферометрическом эксперименте Матсакисом и др. [3]. Этот факт подтвердил мазерную природу наблюдавшихся линий.
В настоящее время известно более 150 метанольных мазеров I класса и более 500 метанольных мазеров II класса. Это около 700 возможностей, которые следует использовать для изучения структуры и кинематики газа в межзвездной среде, физических условий в окрестностях молодых звездных
или протозвездных объектов и которых по количеству более чем достаточно, чтобы выявить закономерности в наблюдаемых фактах или установить степень их разнообразия.
То, что существует два типа источников ме-танольного мазерного излучения, стало очевидно примерно через 15 лет после их открытия. В основу классификации метанольных мазеров, которая была разработана в 1987 г. Батрлой и др. [4] и Менте-ном [5] был положен эмпирический факт, который стал первым классификационным признаком и который заключался в том, что в направлении некоторых источников наблюдаются мазерные линии на одних частотах и полное отсутствие излучения (возможны, впрочем, линии поглощения или тепловая эмиссия) на других. В других источниках — на тех же частотах — наблюдалась обратная картина. Этот факт был внешним проявлением разных механизмов накачки уровней молекулы: в одних источниках работал столкновительный механизм инверсии (I класс), в других — столкновительно-радиативный (II класс).
Исследование пространственной структуры излучения областей формирования мазерного излучения подтверждало подобную гипотезу: наблюдения на интерферометрах показали, что мазеры I класса располагаются изолированно от мазеров ОН и Н2О и на достаточно больших расстояниях (до 1 пк [6]) от ультракомпатных зон НИ или источников инфракрасного излучения, в то время как
580
ВАЛЬТЦ, ЛАРИОНОВ
мазеры II класса наблюдаются непосредственно в направлении компактных зон Н11 и совпадают, по крайней мере, с мазерами ОН (см., например, [7]). Это свойство метанольных мазеров I и II класса стало вторым фундаментальным признаком их различия.
20 лет тому назад механизм накачки метанольных мазеров I класса представлялся вполне очевидным как простое следствие базового свойства самой молекулы метанола: было показано [8], что при столкновительных возбуждениях метанола можно ожидать инверсию в каскадах вращательных уровней 1 с верхними уровнями k = = — 1 в Е-метаноле и с верхними уровнями k = = 0 в А-метаноле и предпочтительные переходы k = —1—0 (Е) и k = 0—1 (А) в соответствии с правилами отбора на частотах 36 ГГц (4_1—30Е), 84 ГГц (5_1—4оЕ), 44 ГГц (7о—61А+), 95 ГГц (80—71А+) и 146 ГГц (9о—81А+). Полное подобие спектров наблюдавшихся на этих частотах мазеров (I класс) подтверждало, что данные переходы инвертируются одним и тем же механизмом. Этот же механизм формирует линии поглощения на частоте 12.2 ГГц (20—3_1Е) [4] и должен формировать линии поглощения на частоте 6.7 ГГц (51—60А+) [9]. Яркие мазерные линии, открытые на частоте 12.2 ГГц [4] и, позднее, на частоте 6.7 ГГц [10], очевидно, производились другим механизмом накачки, и эти мазеры принадлежали к другому классу, который и назвали классом II.
Механизм накачки мазеров I класса не требует дополнительного источника энергии. Однако, как отмечалось в работах [11, 12], мазерная эмиссия может возникать в области взаимодействия фронта биполярного потока с плотным газом. Радиативная модель накачки источников II класса обсуждалась в работе [4], но детально столкновительно-радиативная модель была разработана значительно позже (см., например, [13—15] и ссылки в этих работах).
Хотя первые метанольные мазеры I класса были открыты в направлении областей образования массивных звезд, было высказано предположение (см., например, [16]), что как раз эти мазеры, достаточно удаленные от ультракомпактных зон НИ и инфракрасных объектов, и, возможно, связанные с биполярными потоками, могут быть использованы для исследования процесса образования маломассивных звезд, в котором биполярные потоки играют доминирующую роль. Напротив, метанольные мазеры II класса можно использовать для изучения горячих и плотных молекулярных ядер в окрестностях компактных зон НИ и исследования процесса формирования и эволюции массивных звезд.
Таким образом, классификация метанольных мазеров содержит следующие их особенности [4, 5,
9]:
I класс — излучение в переходах 70-61A+ (44 ГГц), 8o-7iA+ (95 ГГц), 9o-8iA+ (146 ГГц), J2-J1E (25 ГГц), 4_i-3oE (36 ГГц), 5_i-4oE (84 ГГц); поглощение на частотах 12.2 и 6.7 ГГц; удаленность и изолированность от ультракомпактных зон HII, инфракрасных источников, мазеров ОН и Н2О; возможная связь с биполярными потоками; столкновительный механизм накачки (прототипом являются источники Ori KL, OMC2, NGC2264, W51, DR21West);
II класс — излучение в переходах 20-3_1E (12 ГГц), 2i-3оE (19 ГГц) 92-10iA+ (23 ГГц) 51 —60A+ (6.7 ГГц); ассоциация с ультракомпактными зонами HII, инфракрасными источниками и мазерами ОН и Н2О; столкновительно-радиативный механизм накачки (прототипом являются источники W3(OH), NGC7538, NGC6334E,F).
В общих чертах установленная классификация верна до сих пор, однако в настоящее время ситуация не представляется столь однозначной. По мере накопления наблюдательных данных стало очевидно, что практически по всем пунктам классификации имеются исключения.
Так например, в работе Уолша и др. [17] и Слыша и др. [18] было показано, что метанольные мазеры II класса и ультракомпактные зоны HII коррелируют очень слабо, с источниками IRAS по данным работы Эллингсена и др. [19] не ассоциируются вообще (по данным Шимчака и Куса [20] — лишь в 13% случаев), а корреляция между яркостью мазеров и источников IRAS, согласно Ван дер Уолту и др. [21], не наблюдается вовсе, хотя именно излучение ультракомпактных зон HII и инфракрасных источников должно обеспечивать их накачку в радиативно-столкновительном механизме.
Не удалось обнаружить и корреляцию мета-нольных мазеров I класса с биполярными потоками [22], в то время как в некоторых биполярных потоках, напротив, были обнаружены мазеры II класса [18].
Кроме того, в работе [23] был найден метаноль-ный мазер I класса на частоте 44 ГГц в направлении источника W3(OH), который впоследствии оказался классическим мазером II класса и одним из самых мощных мазерных излучателей на частоте 6.7 ГГц [10] (он входит в число прототипов мазеров II класса, на которых базируется классификация). С другой стороны, в обзорах на частотах 44 и 95 ГГц, предпринятых с целью поиска метанольных мазеров I класса [24—26], в направлении очень многих метанольных мазеров II класса они были найдены.
КАТАЛОГ МЕТАНОЛЬНЫХ МАЗЕРОВ I КЛАССА
581
А в интерферометрических исследованиях на VLA на 44 ГГц Куртц и др. [27] показали, что в областях образования массивных звезд, в которых наблюдаются метанольные мазеры II класса, наблюдается также мазерное излучение на 44 ГГц, причем мазеры I и II классов совпадают пространственно в пределах 0.2—0.5 пк. Это оказалось верным даже в отношении самого мощного мазера II класса 9.62+0.19, в котором ранее не предполагалось обнаружить излучение I класса.
Другими словами, по-видимому, многие мазерные источники являются объектами смешанного типа, в которых сочетаются признаки классификации обоих классов.
Тем не менее, статистически это никак не проверялось и до сих пор неясно, являются ли отклонения от установленной классификации случайными или преобладающими и систематическими. Полной статистической картины, которая охватывала бы все наблюдаемые ситуации, в настоящий момент не существует. Чтобы сделать подобные оценки, мы создали каталог метанольных мазеров I класса, который представляем в данной работе.
Обсудим выборку источников, на основе которой создавался каталог.
2. ВЫБОРКА ИСТОЧНИКОВ - ОПИСАНИЕ ПОИСКОВЫХ ОБЗОРОВ МЕТАНОЛЬНЫХ МАЗЕРОВ I КЛАССА
Уже известн
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.