УДК 524.527-77
МЕТАНОЛЬНЫЕ МАЗЕРНЫЕ ГРУППЫ И ИЗЛУЧЕНИЕ I КЛАССА: РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТЕЙ ПОТОКОВ
© 2007 г. Г. М. Ларионов, И. Е. Вальтц
Астрокосмический центр Физического института им. П.Н. Лебедева, Москва, Россия Поступила в редакцию 29.11.2006 г.; принята в печать 27.12.2006 г.
Предпринят поиск зависимости между плотностью потока метанольных мазеров I класса и плотностью потока метанольных мазеров II класса. Исследована большая выборка источников смешанного типа, каждый из которых излучает и как мазер I класса, и как II класса. Показано, что в метанольных мазерных группах источников, определенных по принципу соответствия по лучевым скоростям максимумов излучения на разных частотах, существует антикорреляция и имеется зависимость между плотностями потоков мазерных деталей ^ S6.7+12.2 = ( — 1.68 ± 0.38) ^ 5"44 + (4.01 ± 0.60). При этом для группы I, содержащей источники с предпочтительной накачкой для мазеров на частоте 6.7 ГГц, между мазерами на 6.7 ГГц и на 44 ГГц эта зависимость менее крутая, чем для группы II, содержащей источники с нормальным типом накачки мазеров II класса. Это означает, что метанольные мазеры I класса, соответствующие группе I, подавляются сильнее.
PACS: 98.58.Ec
1. ВВЕДЕНИЕ
Плотные газопылевые комплексы, повсеместно встречающиеся в Галактике, носят название "молекулярных" облаков, так как в них выживает множество как простых (радикал ОН), так и сложных химических соединений (в частности, органическая молекула метанола СН3ОН), наблюдаемых в радиоастрономии. Обширные молекулярные облака трассируются тепловым излучением, например, молекулы CS, однако более интригующим, знаковым является неравновесное, т.е. мазерное излучение молекул. Молекулярные мазеры — один из главных признаков наличия активного процесса звездообразования в молекулярном облаке, поскольку излучение протозвездных и молодых звездных объектов, звездный ветер и ударные волны, распространяемые ими, меняют физические условия в среде, играют роль эффективного инверсионного механизма и способствуют перераспределению населенностей молекулярных уровней, что приводит к усилению излучения и сужению наблюдаемых линий.
В отличие от тепловых линий, параметры ма-зерных линий напрямую не связаны с параметрами среды, в которой они формируются. В профиле мазерной линии эти параметры искажены под влиянием механизмов усиления интенсивности, коэффициенты которых, как правило, отражают не только физические условия внутри изолированного сгустка материи, наблюдаемого как источник мазерного излучения, но и характеристики
внешних объектов — или молодых звезд, или обтекающего вещества в конфигурации биполярного потока, который может увеличить концентрацию молекул на луче зрения, участвующих в процессе формирования наблюдаемой мазерной линии, или ультракомпактных зон НИ.
В связи с этим, в исследовании мазерной среды особое внимание следует уделять методам выявления различных закономерностей и зависимостей в измеряемых параметрах наблюдаемых линий, которые, хотя и не дают точных значений этих параметров для каждой отдельной конденсации, но позволяют поставить определенные ограничения на их средние значения, что может существенно повлиять на представления о механизмах накачки излучения.
В источниках метанольного мазерного излучения I класса зависимость между интенсивностями линий существует. В 1995 г. был проведен обзор 45 источников северного неба на частоте 95 ГГц на 20-м радиотелескопе в Онсале (Швеция), ранее наблюдавшихся на 44 ГГц [1]. У 35 из них обнаружено излучение на 95 ГГц и, по крайней мере, 9 источников оказались мазерами. Была найдена корреляция между интегральными потоками на частотах 44 и 95 ГГц. В 2000 г. был проведен аналогичный обзор южного неба на 95 ГГц с помощью 22-м телескопа в Мопре (Австралия) [2]. Из 153 источников излучение на 95 ГГц было обнаружено у 85, большинство из которых оказались мазерами, и на основе этой более представительной выборки
подтверждено наличие корреляции интенсивностей мазерного излучения на 44 и 95 ГГц.
Для метанольных мазеров II класса такие зависимости также удалось выявить. Так, в работе [3] был проведен сравнительный анализ плотностей потоков в линиях на частотах 6.7 ГГц (переход 51-6о^+)и 12.2 ГГц (переход 2о-3_1^). Исследование соотношения плотностей потоков спектральных деталей мазерных линий, формирующихся на разных частотах, но расположенных в спектре на одной лучевой скорости, показало, что в большинстве случаев в выборке, содержащей 129 объектов, интенсивности этих двух самых ярких мазерных линий II класса связаны одной и той же определенной зависимостью. В то же время для некоторой части линий эта зависимость другая, и она указывает на то, что, по-видимому, в источниках имеются условия, благоприятствующие накачке мазеров на частоте 6.7 ГГц и обеспечивающие их аномально высокую интенсивность по отношению к мазерным линиям на частоте 12.2 ГГц.
В данной работе мы представляем попытку найти зависимость между интенсивностями мазерных линий метанола I и II классов на основе сравнительного анализа плотностей потоков в мазерной линии I класса на частоте 44 ГГц (70-61А+) и мазерных линий II класса на частотах 6.7 ГГц (51 -6оА+) и 12.2 ГГц(2о-3_1^). На существование такой связи между интенсивностями линий I и II класса указывалось в работе Слыша и др. [4]: эмпирически было установлено, что существует антикорреляция в мазерном излучении на частотах 44 и 6.7 ГГц. Количественно эта антикорреляция не оценивалась. Исследованию проблемы существования зависимости между интенсивностями линий
I класса на частоте 95 ГГц и II класса на частоте 6.7 ГГц была посвящена работа Эллингсена [5], в которой подобная зависимость не найдена. Эту работу мы обсудим в контексте данной статьи.
2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
На рис. 1 приведена схема уровней метанола. Стрелками показаны переходы и частоты, соответствующие мазерам I класса. Курсивом набраны частоты двух переходов, в которых формируются наиболее сильные и распространенные линии
II класса, которые понадобятся нам для дальнейшего анализа.
Метанольные мазеры I класса излучают, преимущественно, в каскаде k = 0 - 1 в модификации метанола А (переход 70-61А+; различия между А-и ^-метанолом описаны, например, в работе [6]), в то время как самая сильная линия метанола II класса формируется в обратном направлении каскада с уровней k = -1 на уровни k = 0 той же
модификации молекулы (рис. 1). Несомненно, эти факты отражают разные условия накачки уровней молекулы.
В работах [7, 8] представлена классификация метанольных мазеров и описаны типы накачки этих мазеров, правильность которых в настоящее время не вызывает сомнений: возбуждение уровней молекулы, ответственных за возникновение мазерного излучения I класса, возникает при столкновитель-ном взаимодействии молекул, а излучение II класса требует дополнительного воздействия на ансамбль молекул со стороны внешнего по отношению к ма-зерным конденсациям источника излучения. Другими словами, под воздействием столкновений и внешнего излучения возбужденные молекулы распадаются с излучением по типу метанольных мазеров II класса; если же конденсация не подвергается воздействию излучения, накачка будет осуществляться только за счет внутренних столкновений в конденсации, которые провоцируют распад молекул по типу метанольных мазеров I класса.
В начале исследований считалось, что мета-нольные мазеры I и II классов никогда не формируются вместе, однако впоследствии оказалось, что именно смешанная картина наблюдается во многих областях звездообразования, хотя и с преобладающим типом излучения I или II. По этому преобладающему излучению, как правило, классифицируется мазерная область — так, например, W3(ОН) является типичным метанольным мазером II класса. В нем наблюдаются не только очень яркие линии на частоте 6.7 ГГц в самом интенсивном переходе II класса [9], но и другие, более редкие линии (например, на частоте 107 ГГц [10]). Между тем W3(OH) — один из первых обнаруженных мазеров
I класса, хотя и не очень сильный [11].
Таким образом, если в области уверенно наблюдается, например, яркий метанольный мазер
II класса, это не означает, что в ней не будет обнаружено излучение в линиях, типичных для метанольных мазеров I класса. Однако они будут гораздо слабее линий II класса, и накачка уровней молекул метанола преимущественно будет осуществляться по типу II — столкновениями и излучением. Именно этот факт — наличие смешанных источников — позволяет нам подойти к проблеме поиска зависимостей между интенсивностями линий I и II класса в совокупности.
Естественно, что зависимость интенсивности излучения в линиях одного класса от интенсивности в линии другого класса можно ожидать лишь в том случае, если речь идет об излучении обоих видов линий практически в одном и том же физическом объеме. Нужно выделить такие данные и иметь не только спектры, но и интерферометри-ческие измерения, чтобы выяснить, интенсивность
E, см 1 150
100
50
А-метанол
11-
10=
-ю-
= +9-
10-
914^+
74^,
-ч5-
_4--+
_3-
"V
-т1-
6-+
5-
«L3-2-
6 ±5
±4
3-
E-метанол
10-
11-
10-
10-
10-
10-
10_
925
0 1
3
-3-2-1 0 1 2 3
K
Рис. 1. Схема уровней А- и В-метанола и частоты переходов I класса (указаны прямым шрифтом). Курсивным шрифтом выделены частоты переходов, в которых формируются две наиболее сильные линии II класса.
0
каких именно спектральных деталей нужно сопоставлять, поскольку каждая спектральная деталь может относиться к отдельной мазерной конденсации или даже быть суперпозицией излучения нескольких конденсаций.
Интерферометрических данных по метаноль-ным мазерам очень мало, но и они дают доказательства того, что метанольные мазеры I и II классов пространственно не совпадают друг с другом даже в пределах одной и той же области звездообразования и имеют совершенно различную пространственную конфигурацию.
В работах [12, 13] было проведено картографирование нескольких метанольных мазеров I класса в переходе 70-61A+ на частоте 44 ГГцна VLA. Было обнаружено, что некоторые мазеры представляют собой цепочки ярких неразрешенны
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.