УДК 524-7-8
МАССА ЦЕНТРАЛЬНОГО ТЕЛА ГАЛАКТИКИ ARK 120 И ОРБИТЫ ДВИЖЕНИЯ ЭМИССИОННЫХ ОБЪЕКТОВ В ЕГО ГРАВИТАЦИОННОМ ПОЛЕ
(© 2015 г. Э. К. Денисюк*, Р. Р. Валиуллин, В. Н. Гайсина
Астрофизический институт им. В.Г. Фесенкова, Алматы, Республика Казахстан Поступила в редакцию 29.04.2014 г.; принята в печать 09.07.2014 г.
Спектрограммы сейфертовской галактики Ark 120, полученные в 1976—2013 гг., использованы для измерения лучевых скоростей эмиссионных деталей. Предполагается, что эти эмиссионные детали с переменными лучевыми скоростями излучаются объектами, движущимися по кеплеровским орбитам в поле тяготения центрального тела. На основе имеющихся наблюдательных данных рассчитаны параметры движения трех эмиссионных объектов в околоядерной области галактики Ark 120 и получена оценка массы ее центрального тела: (1.675 ± 0.028) х 108 MQ.
DOI: 10.7868/S0004629914120044
1. ВВЕДЕНИЕ
Галактика Ark 120 = Mrk 1095 является одной из наиболее исследованных сейфертовских галактик. В ее спектре наблюдаются широкие линии HI и весьма слабые эмиссии [NII] и [SII], измеримые лишь на спектрограммах с минимальным уровнем шума. Широкие линии водорода образуются излучением аккреционного диска и некоторого количества внешних объектов. В сложных профилях этих линий могут наблюдаться компоненты, образовавшиеся в "пятнах" на поверхности аккреционных дисков и т.д. Считается, что эмиссионные линии — результат переработки излучения, поступающего от центрального источника, причем сами внешние объекты собственных источников энергии не имеют. При этом профили линий Н@ и Ha весьма заметно отличаются друг от друга по своей структуре и мощности из-за различия физических и динамических характеристик зон их формирования.
В спектрах некоторых активных ядер галактик обнаружены эмиссионные детали, которые постепенно перемещаются по профилю широкой линии. В частности, на самых первых спектрограммах галактики Ark 120 на длинноволновом "красном" крыле наблюдалась мощная дополнительная эмиссия, лучевая скорость которой относительно центрального пика составляет ~2000 км/с. Позднее в спектре этой галактики были обнаружены и другие менее мощные эмиссионные детали [1,2].
Есть все основания полагать, что вблизи сверхмассивного центрального тела имеются объекты
E-mail: eddenis@mail.ru
неизвестной природы и высокой плотности, так как при значительной мощности разрешенных эмиссионных линий не наблюдается никаких следов запрещенных эмиссий, например линии [OIII] 5007 A. Находясь в окрестностях центрального тела, такие объекты обязаны перемещаться под действием его гравитации. Их движение должно происходить практически точно по траекториям, соответствующим коническим сечениям, так как на близких к центральному телу расстояниях влияние других масс будет пренебрежимо мало.
Принимая во внимание отмеченное обстоятельство и получив наблюдательный набор лучевых скоростей такого объекта в различные моменты времени, можно решить обратную задачу — найти орбиту его движения. Соответствующая методика поиска таких орбит была разработана авторами и испытана на примере галактики NGC 4151 [3]. В результате поиска могут быть найдены следующие параметры: масса центрального тела, наклонение орбиты i, расстояние в перицентре q, аргумент перицентра и, модуль скорости в перицентре V и момент прохождения перицентра T.
Не имея информации об относительных положениях центрального тела и объекта на небе, невозможно определить позиционный угол линии апсид и направление движения — по или против часовой стрелки. Поскольку решается задача небесной механики, интерес представляют только значения лучевых скоростей, измеренных как можно точнее и на как можно более длинном отрезке времени. При отсутствии запрещенных эмиссионных линий в визуальной области спектра наиболее
мощной эмиссионной линией является На. Из наблюдений ясно, что нужные для этой цели эмиссии достаточно широкие, иногда с полной шириной более 1000 км/с. Для измерения лучевых скоростей можно использовать спектрограммы, полученные на любых телескопах при спектральном разрешении лучше 10 A. Основное требование при этом — по возможности минимальный уровень шума и максимально точная привязка к шкале длин волн.
2. SSW-СПЕКТРОГРАММЫ
Интересующие нас эмиссионные детали часто не имеют резкого максимума и наложены на крылья широкой основной эмиссии. По этой причине происходит значительное видимое смещение центра эмиссии в сторону меньшего по абсолютной величине значения Vr, а иногда максимум просто становится малоконтрастным и неизмеримым. Для того, чтобы получить для исследуемых объектов наиболее точные значения лучевых скоростей относительно ядра, необходимо принять специальные меры для устранения ошибок, которые возникают из-за такого эффекта. Для этого можно взять гладкий искусственный контур, соответствующий широкой основной эмиссии без каких-либо дополнительных деталей, и вычесть его из наблюдаемых профилей. Тогда в идеале получится спектрограмма, на которой останутся лишь нужные нам и неискаженные описанным выше эффектом эмиссии. Назовем такую спектрограмму SSW — Spectrum of Subtracted Wings.
Искусственный контур мы построили, используя "синее" крыло линии На наиболее высококачественной суммарной спектрограммы из числа присланных нам Б. Петерсоном (B. Peterson). На этом крыле дополнительных эмиссий не видно, и шум минимален. Красное крыло нашего искусственного контура — зеркальное отображение синего. Этот контур изображен на рис. 1. Центр контура мы оставили в виде острого пика, который после вычитания указывает на положение нулевой скорости.
3. ОБЗОР СПЕКТРОГРАММ
И РЕЗУЛЬТАТЫ ИХ ОБРАБОТКИ
В Астрофизическом институте им. В.Г. Фесен-кова (АФИФ) наблюдения галактики Ark 120 выполнялись в 1976—2013 гг. на телескопе АЗТ-8 (70 см), оснащенном дифракционным спектрографом. Подробное описание спектрографа и методики наблюдений приведены в [4]. Получены спектрограммы в области На (в течение 51 ночи) и в области Hß (в течение 49 ночей) со средним спектральным разрешением порядка 0.5—0.7 A.
Лучевая скорость, тыс. км/с
Рис. 1. Искусственный контур широкой компоненты.
Регистрация спектрограмм до 2000 г. производилась на фотопленке А600, а с 2002 г. — на CCD-матрице ST-8.
Имеется ряд публикаций других авторов, в которых приводятся спектрограммы Арк 120 в разрозненные даты, однако, в основном, они получены в районе Нв, при этом иногда со значительным уровнем шума [5]. Поскольку данные из литературы не могли внести существенный вклад в необходимый нам наблюдательный материал, мы решили ограничиться данными наших собственных наблюдений и только в районе На с одним существенным дополнением. По нашей просьбе Б. Петерсон (B. Peterson) предоставил нам спектры Арк120, полученные во время мониторингов. Присланные им спектрограммы мы разделили по времени наблюдений на 5 групп, так чтобы в каждую группу вошли близкие по времени данные. Таким способом мы получили 5 осредненных спектрограмм с низким уровнем шума и включили их в наш массив данных. К сожалению, данные Б. Петерсона охватывают довольно узкий интервал во времени — с 1983 по 1986 гг.
На рис. 2—4 попарно приводятся 32 фрагмента спектрограмм Ark 120 и их SSW-спектры. По оси абсцисс отложена лучевая скорость относительно центра широкой компоненты в пределах —7000—7000 км/с, по оси ординат — интенсивность в произвольных единицах В левом верхнем углу каждого графика указаны порядковые номера спектрограмм, выстроенные по датам наблюдений, а также экспозиции. В тех случаях, когда фрагмент спектра получен при суммировании нескольких спектрограмм, полученных в одну и ту же или в соседние ночи, указана суммарная экспозиция. На спектрограммах под номерами 2—5 и 7 приведены результаты, предоставленные Б. Петерсоном. На
"А 7/Ре1-9 ....... 12-13.01.1986
Ж 2 4^6 У
-6 -4 -2 0 2 4 6 -6 -4 -2 0 2 4 6
2/Ре1-6 А УХ ТА 8/37т 11-12.11.1988
-6 -4 -2 0 2 4 6 0246 -6-4 -2 0 2 4 6
3/РеМ2
11-12.12.1983
к
о &
>4
н
О О
к я к о к о н к К
J_I_I_I_I_I_1_
-6-4-2 0 2 4 6
9/20п
J_I_I_I_I_I_1_
-6 -4 -2 0 2 4 6
4/Ре1-6
5-6.01.1984
10/20
J_I_I_I_I_I_1_
-6 -4 -2 0 2 4 6
28-29.10.1989
J_I_I_I_I_I_|_
-6 -4 -2 0 2 4 6
5/Ре1-3
11/301
3-4.11.1989
J_I_I_I_I_I_1_
-6 -4 -2 0 2 4 6
-6 -4 -2 0 2 4 6
6/10"
11-12.01.1986
12/30"
4-5.11.1989
-6 -4 -2 0 2 4 6
Лучевая скорость, тыс. км/с
Рис. 2. Фрагменты Ha-спектрограмм за 1976—1989 гг. и результаты их SSW-обработки.
13/45п
-6 -4 -2 0 2 4 6
15-16.10.1991
19/40п
4-5.11.1994
14/20™
31-1.10.1991
20/40
/V*4
-6 -4 -2
1111 -6 -4 -2 0 1 1 1 246
"V V ч
-6 -4 -2 0 246
16/50™ ^
-6 -4 -2 0 246
17/35т \
-6 -4 -2 0 2 4 6
18/60™ 1
УК}
J_I_I_I_I_I_|_
27-28.12.1994
-6 -4 -2 0 2 4 6
8-9.01.1992
к
о &
л н о о к я
к о н к К
21/110п
-6 -4 -2 0 2 4 6
_|_I_I_I_I_I_
ц
-6 -4 -2 0 2 4 6
-6 -4 -2 0 2
11-12.12.1998
16-17.11.1992
22/60п
6-7.12.2002
J_I_I_I_I_I_|_
-6 -4 -2 0 2 4 6
17-18.01.1993
J_I_I_I_I_I_1_
28-29.11.2003
-6 -4 -2 0 2 4 6
16-17.12.1993
24/120
14-15.11.2004
-6 -4 -2 0 2 4 6
Лучевая скорость, тыс. км/с
Рис. 3. То же, что рис. 1, за 1991—2004 гг.
и
о &
л н о о к я и
о к о н к S
-6-4-2 0 2 4 6
26/90m
J_I_I_I_I_I_L
25/1501
J_I_I_I_I_I_L
-6 -4 -2 0 2 4 6
27/120m
-6 -4 -2 0 2 4 6
28/120m
-6 -4 -2 0 2 4 6
21-22.12.2005
26-27.09.2006
2-3.11.2007
12-13.01.2009
29/180
J_I_I_I_I_I_L
-6 -4 -2 0 2 4 6
30/90m
J_I_I_I_I_L_
-6 -4 -2 0 2 4 6
31/60m
17-18.10.2009
19-20.01.2010
28-29.01.2012
-6 -4 -2 0 2 4 6
32/120m У 1 1 1 V 1 1 1 1
-6 -4 -2 0 2 4 6
5-6.12.2012
Лучевая скорость, тыс. км/с
Рис. 4. То же, что рис. 1, за 2005—2012 гг.
них после номера и обозначения "Pet" через дефис дано количество близких по времени спектрограмм, объединенных нами в одну. Средние даты, к которым относятся спектрограммы, приводятся на правых SSW-графиках.
SSW-спектрограммы позволяют достаточно надежно выделить по крайней мере три повторяющиеся эмиссионные детали. Одна из них, самая мощная и широкая — назовем ее "А" — наблюдалась уже на самых первых спектрограммах на "красном" к
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.