научная статья по теме МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ В МЕТАНОЛЬНЫХ МАЗЕРНЫХ КОНДЕНСАЦИЯХ ПО ДАННЫМ ИССЛЕДОВАНИЙ СОПРЯЖЕННЫХ ОБЛАСТЕЙ. 7 ИСТОЧНИКОВ - АСТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ Астрономия

Текст научной статьи на тему «МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ В МЕТАНОЛЬНЫХ МАЗЕРНЫХ КОНДЕНСАЦИЯХ ПО ДАННЫМ ИССЛЕДОВАНИЙ СОПРЯЖЕННЫХ ОБЛАСТЕЙ. 7 ИСТОЧНИКОВ - АСТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ»

УДК 524.527-77-337

МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ В МЕТАНОЛЬНЫХ МАЗЕРНЫХ КОНДЕНСАЦИЯХ ПО ДАННЫМ ИССЛЕДОВАНИЙ СОПРЯЖЕННЫХ ОБЛАСТЕЙ. 7 ИСТОЧНИКОВ - АСТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ

© 2014 г. О. С. Баяндина*, А. В. Алакоз, И. Е. Вальтц

Астрокосмический центр Физического института им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, Москва, Россия Поступила в редакцию 19.06.2013 г.; принята в печать 30.10.2013 г.

На основании значений величины магнитного поля, полученных в результате обработки данных поляризационных наблюдений 7 мазеров ОН, выполненных на радиотелескопе ЫНТ (Нансэ, Франция) в линиях на частотах 1665 и 1667 МГц в четырех параметрах Стокса, проведена оценка астрофизических параметров мазерных конденсаций. В исследуемых источниках выделены области, содержащие как скопления мазерных конденсаций ОН, для которых проводились наблюдения, так и скопления мазеров метанола I и II класса. Показано, что ассоциации мазеров реальны, т.е. магнитное поле, действующее в пределах скоплений ОН, может распространяться и на группы метанольных мазеров. Установлены линейные размеры для этих ассоциаций. Получены значения величины отношения массы к величине магнитного потока в размере исследуемой области, содержащей мазеры ОН и мазеры метанола, значения отношения теплового давления к магнитному и вириальные соотношения энергий — кинетической, магнитной и гравитационной. Показано, что в источниках, для которых магнитное поле определено достаточно надежно, отношение массы к магнитному потоку превышает критическое значение, а энергия хаотических движений и энергия магнитного поля существенно меньше энергии гравитационных связей. С другой стороны, показано, что значение отношения теплового давления к магнитному во всех случаях <1, т.е. облака могут находиться в магнитно-доминирующем режиме. Подобное противоречие связывается с возможными ошибками в определении значений напряженности магнитного поля и в оценках расстояний до источников, возможно увеличивающих размер исследуемых областей.

DOI: 10.7868/80004629914070020

1. ВВЕДЕНИЕ

В темных облаках любого вида — от небольших облаков типа IRDC (Infrared Dark Clouds) до гигантских молекулярных облаков — выживают молекулы — как самые простые типа молекулы водорода Н2 или радикала ОН, так и более сложные — например, достаточно распространенная в космосе молекула метанола CH3OH. Населенность уровней этих молекул контролируется составным спектром излучения межзвездной среды, т.е. проникающим в облако излучением от протозвезд и звезд в радио- и ИК-диапазонах, которое обеспечивает накачку уровней и стимулирует вынужденный распад возбужденных состояний. При этом в ряде случаев, зависящих как от структуры молекул, так и от локальных параметров облака, наблюдается нетепловое, т.е. мазерное излучение этих молекул.

Немалую роль в этом процессе играет магнитное поле. Если напряженность магнитного поля

E-mail: Bayandix@yandex.ru

достаточна, оно может контролировать плотность газо-пылевой среды, поддерживая, с одной стороны, процесс распада гигантских молекулярных облаков и образование конденсаций, в которых зарождаются звезды, с другой — противостоять гравитационному коллапсу этих облаков, сдерживая коллапс, сохраняя их морфологию и структуру, в свою очередь испытывая искажения вплоть до реверсивных изменений направления в процессе вращения дисков вокруг протозвезд и звезд. Подобный контроль может влиять на темпы эволюции областей звездообразования и время появления в них характерных пекулярных объектов, таких как источники инфракрасного излучения, мазерные источники или ультракомпактные Н11-зоны, возникающие на ранних стадиях развития протозвезд [1].

Хорошо известно, что наиболее мощные мазеры ОН излучают в главных линиях сверхтонкой структуры Л-удвоения нижнего вращательного уровня в основном электронном переходе на частотах 1665 и 1667 МГц. Эти мазеры формируются в

слое нейтрального водорода вблизи зон HII вокруг молодых звезд под воздействием радиативно-столкновительной накачки ("Class I OH sources"). Метанольные мазеры возникают как в нейтральном газе в плотных конденсациях под воздействием чисто столкновительной накачки без участия внешнего излучения ("Class I methanol masers", или MMI), так и в аккреционных дисках вокруг очень молодых дозведных объектов при участии излучения начинающих формироваться ультракомпактных зон НИ ("Class II methanol masers, или MMII).

В исследованиях магнитных полей в мазерных конденсациях могут быть разные подходы. Наиболее полноценной, вероятно, будет полная статистическая картина сравнения параметров магнитного поля по наблюдениям во всех параметрах Стокса во всех известных мазерах. С другой стороны, магнитное поле является инструментом для определения параметров отдельных объектов, с которыми оно связано. Особенно это проявляется в радиоспектроскопических исследованиях межзвездных молекулярных облаков. Облака проявляют себя в линиях молекул в поглощении на фоне ярких источников и самостоятельно в излучении — как в тепловом, так и в нетепловом (мазерном) режиме.

Однако не всякая молекула способна подчиниться влиянию магнитного поля, т.е. поляризации — это зависит от ее структуры. Несмотря на то, что мазерное излучение в межзвездной среде исследуется уже около полувека, исследование радиоизлучения молекул, которые по своим свойствам подвержены влиянию магнитного поля, до настоящего времени остается интересной и актуальной научной задачей. К таким молекулам относится одна из простейших — хорошо изученный гидроксил ОН, сильные мазерные линии которого в переходах Л-удвоения электронных состояний (как основного, так и возбужденных) повсеместно наблюдаются в спиральных рукавах нашей и других галактик.

Создавая выделенное направление, магнитное поле способно снимать энергетическое вырождение тонкой и сверхтонкой структуры уровней молекул и расщеплять переходы. В зависимости от структуры молекулы величина расщеплений различна. В молекулах ОН она обусловлена спином непарного электрона.

В отличие от молекул ОН, в наиболее изучаемой в настоящий момент молекуле метанола непарного электрона нет, и зеемановское расщепление уровней в такой молекуле касается только уровней, обусловленных ядерным спином, и оно пропорционально не электронному спину, а ядерному магнетону, который меньше на порядок величины. Исследование зеемановского спектра в метаноле заведомо не будет столь же эффективным, как

исследование спектра молекулы ОН — во всяком случае, в отношении слабых магнитных полей. Поэтому оценкам магнитного поля по расщеплению мазерных линий метанола до последнего времени значительного внимания не уделялось, тем более что магнитное поле в метанольных конденсациях можно правильно оценить по зеемановскому расщеплению мазерных линий ОН, которые ассоциируются с мазерными линиями метанола.

Это определенно справедливо для метаноль-ных конденсаций II класса, формирующихся, как и главные линии мазеров ОН, под воздействием радиативно-столкновительной накачки в прото-планетных дисках, которые могут быть замагниче-ны центральной молодой звездой или протозвез-дой. Однако для газо-пылевых конденсаций, находящихся на более ранней стадии эволюции, которым соответствует метанольное излучение I класса, это рассуждение не вполне правомочно, поскольку считается, что ассоциация метанольных мазеров I класса с мазерами ОН и другими пекулярными объектами отсутствует. Учитывая также вероятное отсутствие центральной протозвезды в метаноль-ных мазерных конденсациях I класса, представляющих собой самогравитирующие газо-пылевые сгустки на ранних этапах развития межзвездной среды, можно предположить, что пронизывающее их магнитное поле имеет больше общего с его более крупномасштабной структурой, и значения напряженности будут отличаться от тех, которые наблюдаются в метанольных конденсациях II класса в протопланетных дисках.

В то же время известно, что значительная часть метанольных мазеров I класса все же ассоциируется с мазерами ОН — по крайней мере, в пределах 2" (75% — см. каталог в работе [2]), т.е. в типичном размере диаграмм одиночных радиотелескопов, которые работают на частоте 44 ГГц, соответствующей излучению наиболее яркой линии метанольного спектра I класса. Эта стадия эволюции, при которой время жизни метанольных мазеров I класса и мазеров ОН частично совпадает, вероятно является следующей, более продвинутой стадией развития межзвездных конденсаций. Для этих метанольных конденсаций можно определить величину магнитного поля по расщеплению мазер-ных линий ОН.

Если наблюдаются зеемановские компоненты, то измеряя параметры Стокса, можно получить полную величину напряженности магнитного поля и знак ориентации магнитного поля. Чтобы сравнить значения напряженности магнитного поля и его ориентации в метанольных конденсациях разного типа, мы рассмотрели 7 мазеров ОН, для которых по данным собственных наблюдений имелись все четыре параметра Стокса [3], и использовали их для получения полезных астрофизических параметров.

2. ВЫБОР ИСТОЧНИКОВ

В 2003 г. на радиотелескопе в Нансэ (Франция) нами были проведены наблюдения 7 мазерных источников ОН, различающихся по типу ассоциации с мазерами метанола I и II класса:

G5.886-0.393 - только ММ

G12.03-0.03 - только ММП;

G20.23+0.07 - только ММП;

G33.103+0.108 — на частотах излучения ММ! не исследовался, возможно ММП;

G349.09+0.11 - ММ ММП;

G352.52—0.16 - ассоциация с MMI неизвестна, ММП;

G358.235+0.116 - по характеру мазерного излучения ОН и наличию излучения в линии сателлита на частоте 1612 МГц это ОН/Щ-звезда, ассоциация с MMI и ММП неизвестна.

Наблюдения проводились с целью определения всех четырех параметров Стокса одновременно в двух главных линиях ОН - на частотах 1665 и 1667 МГц. Подробное описание наблюдений и способа обработки данных с целью получения значений напряженности магнитного поля и оценки вероятности его ориентации приведены в статье [3]. По данным этих наблюдений мы определили значения напряженности магнитного поля в исследуемых источниках.

В табл. 1 и 2 приводится среднее значение магнитного поля В, полученного из наблюдения двух линий на ч

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.

Показать целиком