УДК 524.5+524.64-77
КОМПАКТНЫЕ РАДИОИСТОЧНИКИ И МЕЖЗВЕЗДНОЕ РАССЕЯНИЕ В ОКРЕСТНОСТЯХ ЦЕНТРА ГАЛАКТИКИ
© 2014 г. А. В. Пынзарь*, В. И. Шишов
Пущинская радиоастрономическая обсерватория Астрокосмического центра Физического института им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, Пущино Московской обл., Россия Поступила в редакцию 23.10.2013 г.; принята в печать 30.10.2013 г.
По опубликованным в литературе данным о приблизительно 400 компактных радиоисточниках, обнаруженных на антенне УЬЛ и расположенных в направлении центра Галактики в пределах 2° от компактного источника Sgr Л*, выделено 69 источников, у которых угловые размеры определяются рассеянием на неоднородностях электронной концентрации. Из них 55 источников являются внегалактическими, 2 — сверхкомпактными областями Н11, 10 — источниками мазерного излучения и 2 — переменными галактическими источниками. Показано, что обнаруженный многими авторами факт превышения видимых угловых размеров мазерных источников в пределах 2° от центра Галактики над средним размером объектов этого класса в других частях Галактики нельзя объяснить только эффектом рассеяния их радиоизлучения на неоднородностях межзвездной плазмы. И только в пределах галактических долгот порядка 0.4° и широт меньше 0.1° угловые размеры этих объектов увеличены благодаря рассеянию. Оказалось, что турбулентная среда, ответственная за рассеяние радиоизлучения компактных источников в ближайших окрестностях центра Галактики, обнаруживает сильную концентрацию к компактному источнику Sgr Л* в центре Галактики. Показано, что в пределах 0.4° по долготе и 0.2° по широте от центра Галактики не наблюдаются внегалактические источники из-за пониженной яркости, обусловленной сверхсильным рассеянием в этой области. Данные об углах рассеяния могут быть использованы для исследования распределения турбулентной плазмы вблизи центра Галактики.
DOI: 10.7868/Б000462991406005Х
1. ВВЕДЕНИЕ
В 1968 г., вскоре после открытия пульсаров, Шойер [ 1] предположил, что тонкая структура флуктуаций радиоизлучения пульсаров с характерным временем порядка минут и характерным частотным масштабом флуктуаций порядка 1 МГц определяется эффектом сильных мерцаний радиоизлучения пульсаров на неоднородностях межзвездной плазмы. В 1969 г. Риккетт [2] показал, что характерный частотный масштаб флуктуаций потока излучения пульсара А/0 уменьшается с ростом меры дисперсии, и тем самым доказал межзвездное происхождение флуктуаций потока. Аналогичную информацию о турбулентной плазме дали также измерения параметра т — уширения импульса пульсара, рассеянного в межзвездной среде [3]. Параметр т связан с параметром А/0 соотношением:
2^т А/о = 1. (1)
E-mail: pynz@prao.ru
В работах [3—7] был проведен статистический анализ зависимости параметров А/о и т от меры дисперсии и был сделан вывод, что в нулевом приближении распределение турбулентной плазмы в Галактике имеет двухкомпонентную структуру. Компонента Л соответствует турбулентной плазме, распределенной статистически однородно в пространстве между спиральными рукавами Галактики. Компонента В соответствует плазме, распределенной неоднородно в спиральных рукавах Галактики.
Однако данный метод не может быть использован для исследования самых плотных слоев турбулентной плазмы в окрестности центра Галактики, поскольку до настоящего времени не найдено ни одного пульсара с мерой дисперсии больше 1800 пк/см3. Такие пульсары не видны из-за чрезмерного уширения импульсов, так как ширина рассеянного импульса становится больше периода пульсара.
В работе [8] был предложен другой подход: измерять угловые размеры компактных внегалак-
тических радиоисточников и исследовать их статистическую связь с мерой эмиссии. В этой же работе было показано, что минимальные видимые угловые размеры внегалактических радиоисточников зависят от меры эмиссии и тем самым было доказано, что эти угловые размеры определяются межзвездным рассеянием радиоизлучения.
На наличие сильного углового рассеяния радиоизлучения компактных галактических источников в окрестности центра Галактики указывают такие данные, как квадратичная зависимость от длины волны углового размера компактного радиоисточника в центре Галактики (1.35" на 1 ГГц) [9], увеличение угловых размеров мазеров OH в направлении центра Галактики (0.3"—1.5" на 1.6 ГГц) [10— 12]. При приближении положения пульсара к центральным областям Галактики резко возрастает уширение импульса (0.5—2 с на 1 ГГц) [13—15]. Все эти данные указывают на сильное межзвездное рассеяние в этом направлении. Для исследования распределения турбулентной плазмы, ответственной за рассеяние в направлении галактического центра, необходимо иметь много компактных радиоисточников как галактических, так и внегалактических, угловые размеры которых определяются рассеянием.
За последние 20 лет в направлении центральных областей Галактики на антенне VLA на частотах 330, 1400 и 5000 МГц было обнаружено около 370 компактных радиоисточников [16—32]. Пока не установлено, у каких из этих источников наблюдаемые угловые размеры являются собственными, а у каких — определяются рассеянием на неоднород-ностях межзвездной плазмы. Не ясно также, какие из источников являются галактическими, а какие — внегалактическими.
В данной статье исследуется, у каких источников в направлении центра Галактики наблюдаемые угловые размеры обусловлены рассеянием, с целью установления их галактической или внегалактической природы и уточнения границ области сверхсильного рассеяния вблизи центра Галактики.
2. ЗАВИСИМОСТЬ УГЛА МЕЖЗВЕЗДНОГО РАССЕЯНИЯ ОТ МЕРЫ ЭМИССИИ ДЛЯ ГАЛАКТИЧЕСКИХ И ВНЕГАЛАКТИЧЕСКИХ РАДИОИСТОЧНИКОВ
Известно, что если излучение от галактического и внегалактического источников проходит через один и тот же слой протяженной неоднородной среды, то наблюдаемый угол рассеяния галактического источника 0г примерно в 2 раза меньше угла рассеяния внегалактического источника 0р из-за того, что падающая на слой неоднородностей
электронной концентрации волна от внегалактического источника является плоской, а от галактического — сферической [33]. Если же галактический источник расположен внутри турбулентного слоя межзвездной среды в данном направлении, то наблюдаемый угол рассеяния еще меньше видимого угла рассеяния внегалактического радиоисточника из-за уменьшения толщины слоя турбулентной плазмы между галактическим радиоисточником и наблюдателем [33].
В случае рассеивающего экрана на луче зрения наблюдаемый угловой размер галактического источника сильно зависит от положения экрана между источником и наблюдателем [34]. Если галактический источник расположен на расстоянии Б от наблюдателя и на расстоянии й от экрана, то наблюдаемый угол рассеяния галактического источника 0г связан с истинным углом рассеяния 0р соотношением [34]
©г = вр
(2)
где отношение й/Б — фактор сферичности.
Для внегалактического источника отношение й/Б к 1, и наблюдатель на Земле измеряет истинный угол рассеяния. Таким образом, чтобы доказать, что компактный источник является галактическим, необходимо сравнить его наблюдаемые угловые размеры с углом рассеяния внегалактического источника в направлении на данный галактический источник.
Однако в настоящее время в направлении галактической плоскости известно только несколько десятков компактных внегалактических источников, угловые размеры которых определяются межзвездным рассеянием [8], поэтому маловероятно, что в направлении каждого галактического источника можно встретить близкий внегалактический источник, наблюдаемый угловой размер которого равен углу рассеяния в этом направлении. В радиусе 2° от галактического центра известно только 5 таких источников [22, 29].
В работе [8] показано, что существует высокая корреляция между углом рассеяния внегалактического источника вр и мерой эмиссии EM галактического фона в направлении на источник. Это связано с тем, что излучение от внегалактического источника пронизывает весь слой электронов от наблюдателя до края Галактики и эти же электроны ответственны как за меру эмиссии в данном направлении, так и за флуктуации электронной концентрации. В работе [8] приведена статистическая зависимость угла рассеяния от меры эмиссии вр(EM) для внегалактических
источников. С помощью этой зависимости можно отличить собственные угловые размеры внегалактических источников от угла рассеяния и галактический источник от внегалактического, если измерены угловые размеры источников и значения меры эмиссии в направлениях на эти источники. Если галактический источник имеет собственные угловые размеры гораздо меньше угла рассеяния ©р, то его наблюдаемый угловой размер в зависимости от меры эмиссии в направлении на него окажется ниже зависимости ©р(EM). Если внегалактический источник имеет собственный угловой размер ©е, сравнимый с углом рассеяния ©р в направлении на источник или больше его, то его наблюдаемый угловой размер ©н в зависимости от меры эмиссии в направлении на него окажется выше на зависимости ©р(EM). Это связано с тем, что наблюдаемый угловой размер источника ©н определяется как собственным угловым размером ©е, так и углом рассеяния ©р:
©н = ©2 + ©р2. (3)
Это соотношение верно и для галактического источника, у которого собственные угловые размеры не бесконечно малы по сравнению с углом рассеяния галактического источника ©г. В этом случае наблюдаемый угловой размер галактического источника в зависимости от его собственного углового размера может оказаться больше угла рассеяния внегалактического источника в данном направлении. Из сказанного ясно, что если в данном направлении в Галактике с наблюдаемым значением меры эмиссии EM обнаружен компактный источник с угловым размером, который в несколько раз меньше угла рассеяния внегалактического источника ©р (для данного EM), то этот источник является галактическим.
3. СВОДНЫЕ ДАННЫЕ ИЗМЕРЕНИЙ УГЛОВЫХ РАЗМЕРОВ РАДИОИСТОЧНИКОВ И МЕРЫ ЭМИССИИ
В работах [23—25] приведены списки около 370 компактных радиоисточников на частотах 330 и 1400 МГц, обнаруженных на VLA в радиусе <2° от центра Галактики. Данные об угловых размерах компактных источн
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.