УДК 524.5-65+524.8- 77
МЕЖЗВЕЗДНОЕ РАССЕЯНИЕ ВБЛИЗИ ЦЕНТРА ГАЛАКТИКИ
© 2015 г. А. В. Пынзарь*
Пущинская радиоастрономическая обсерватория им. В.В. Виткевича Астрокосмического центра Физического института им. П.Н. Лебедева Российской академии наук,
Пущино Московск. обл., Россия Поступила в редакцию 21.11.2014 г.; принята в печать 19.12.2014 г.
С использованием построенной ранее зависимости угла рассеяния внегалактических радиоисточников от меры эмиссии фона в направлениях на источники и опубликованных в литературе данных о яркост-ной температуре фона вблизи центра Галактики на частотах 43 и 10 ГГц рассчитаны значения угла рассеяния внегалактических компактных радиоисточников в зависимости от их углового расстояния до компактного источника Sgr A*. Показано, что распределение угла рассеяния внегалактических источников в зависимости от углового расстояния до источника Sgr A* имеет два масштаба. Протяженная компонента имеет угловой размер по уровню 0.5 около 1° по долготе и около 0.5° по широте. Расчетные значения угла рассеяния для этой компоненты хорошо согласуются с наблюдениями. Узкая компонента довольно симметричная и имеет масштаб по уровню 0.5 около 5'. Угол рассеяния в максимуме узкой компоненты примерно в 10 больше, чем у широкой компоненты. Угол рассеяния начинает резко возрастать на угловых расстояниях меньше 6' от источника Sgr A*. Предполагается, что узкая компонента ассоциируется с 7'-гало, расположенным в комплексе Sgr A. На примере обзора компактных источников на VLA на частоте 1400 МГц показано, что компактные внегалактические источники не наблюдаются на угловых расстояниях менее 14' от источника Sgr A* как из-за увеличения рассеяния, так и из-за падения чувствительности благодаря сильному излучению фона при приближении к центру Галактики и попаданию в боковые лепестки диаграммы направленности системы VLA сильных компактных источников, в частности источника Sgr A*. Полученные результаты могут быть использованы для выбора баз и частот интерферометров в будущих наблюдениях компактных источников вблизи центра Галактики.
DOI: 10.7868/80004629915060171
1. ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время принято считать, что вблизи центра Галактики существует сверхсильное рассеяние [1—4], из-за которого угловые размеры компактных внегалактических источников становятся настолько большими, что эти источники полностью разрешаются интерферометрами. Предполагается, что область сверхсильного рассеяния расположена в пределах 25' от компактного источника Sgr A* в центре Галактики [4]. В этой области наблюдается только один внегалактический источник с галактическими координатами l = 359.872° и b = 0.178° (G359.87+0.18). Он расположен на угловом расстоянии 14' от Sgr A* и является ближайшим к галактическому центру внегалактическим источником, у которого угловой размер определяется рассеянием. По данным разных авторов его угол рассеяния при переводе на частоту 1 ГГц пропорционально квадрату длины волны равен около 1.8'' [2,
E-mail: pynz@prao.ru
5, 6]. Поскольку предполагалось, что в направлении на этот источник угол рассеяния на частоте 1 ГГц должен быть порядка 65" [2], а наблюдаемый угол рассеяния источника в переводе на эту частоту составляет около 2" [2], то авторы [2, 7] пришли к выводу, что рассеивающая среда существенно неоднородна и источник наблюдается через "дыру" в рассеивающей области. Следует отметить, что это не самый большой угол рассеяния в Галактике. Например, в направлении периферийной части области HII NGC 6334А наблюдается внегалактический источник NGC 6334B [8], угол рассеяния у которого на частоте 1 ГГц равен 7.5".
Авторы работ [5, 7] обнаружили в радиусе 2° от центра Галактики на VLA на частотах 330 и 1400 МГц около 370 компактных источников. В работе [6] эти источники были разделены на галактические и внегалактические, а из числа внегалактических источников выделено около 30 источников, угловой размер которых обусловлен рассеянием. Из этих 30 источников самый большой угол рассеяния, как уже упоминалось выше, наблюдается
у источника 0359.87+0.18, расположенного на угловом расстоянии 14' от источника Sgг А*. Ближе этого углового расстояния наблюдается много галактических источников [5, 7], среди которых встречаются источники с угловыми размерами на порядок больше, чем угол рассеяния у источника 0359.87+0.18. В связи с этим возникает вопрос, почему в направлении центра Галактики не наблюдаются другие внегалактические источники с углами рассеяния на частоте 1 ГГц больше 1.8'' и на каких угловых расстояниях от источника Sgг А* рассеяние становится сверхсильным.
Для прояснения этих вопросов в данной работе строится модель распределения угла рассеяния в зависимости от углового расстояния до источника Sgг А* и исследуются причины отсутствия в обзорах на УЬА на частотах 330 МГц [5] и 1400 МГц [7] компактных внегалактических источников на угловых расстояниях меньше 14' от источника Sgг А*.
2. ЗАВИСИМОСТЬ УГЛА РАССЕЯНИЯ ОТ МЕРЫ ЭМИССИИ ГАЛАКТИЧЕСКОГО ФОНА И ОЖИДАЕМЫЕ ЗНАЧЕНИЯ УГЛА РАССЕЯНИЯ ВБЛИЗИ ЦЕНТРА ГАЛАКТИКИ
Для построения модели распределения угла рассеяния в зависимости от углового расстояния источника до источника Sgг А* используем зависимость угла рассеяния внегалактических источников от меры эмиссии галактического фона в направлениях на эти источники [9]. Для оценок угла рассеяния в на частоте 1 ГГц по мере эмиссии ЕМ используем формулу [6]
/ ЕМ \
6(1 ™> = (вооо) ■ (1)
где во = 1'', ЕМ — в единицах пк/см6 и в — в сек. дуги. Значение меры эмиссии определяется по тепловой составляющей яркостной температуры фона [10].
На рис. 1 приведена зависимость тепловой составляющей яркостной температуры фона Тя на частоте 43 ГГц [11] в окрестностях центра Галактики в зависимости от углового расстояния до компактного источника Sgг А*. Сечения взяты по широте и долготе с центром на источнике Sgг А*. Для угловых расстояний больше 6' данные яркостной температуры переведены с частоты V = = 10 ГГц [12, 13] по закону Тя ~ V-2Л . На частоте 43 ГГц все излучение практически тепловое [11]. Тепловая составляющая на частоте 10 ГГц выделена из общей температуры по методике, изложенной в работах [6, 9]. Данные Тя по долготе (светлые значки) в направлениях областей Н11 приведены
не полностью, так как интересна нижняя огибающая этих данных, которая соответствует фону, в то время как отдельные всплески над фоном относятся к областям Н11. Видно, что при одних и тех же значениях угловых расстояний от Sgг А* данные Тя по широте (темные значки) и данные на нижней огибающей по долготе (светлые значки) различаются примерно в 2 раза. Однако на угловых расстояниях меньше 6' от Sgг А* данные по широте и долготе примерно одинаковы, что указывает на сферически-симметричное распределение яркостной температуры. На частотах выше 10 ГГц диффузный ионизованный газ является оптически тонким, поэтому значение меры эмиссии определяется по тепловой составляющей яркостной температуры фона с использованием формулы [10]
Тя [К] и 0.08235(Те [К])-0-35 X (2)
х (V [ГГц])-2-1 ЕМ [пк/см6],
где Те — значение электронной температуры среды. Для электронной температура среды 7000 К [14— 16] и частоты 43 ГГц из формулы (2) следует следующее выражение для меры эмиссии:
ЕМ = 7300 пк/см6. (3)
Используя данные о Тя, приведенные на рис. 1, по формулам (1)—(3) были определены значения угла рассеяния внегалактических источников вблизи галактического центра.
На правой вертикальной оси рис. 1 приведены расчетные значения угла рассеяния на частоте 1 ГГц, соответствующие значениям яркостной температуры на левой вертикальной оси, на основании вычислений с использованием формул (1)—(3). Интересно сравнить расчетное распределение угла рассеяния, приведенное на рис. 1, с наблюдаемым распределением угла рассеяния. На рис. 1 крестиками обозначены наблюдаемые угловые размеры внегалактических источников, обусловленные рассеянием. Эти источники выделены в работе [6] из большого количества источников, обнаруженных вблизи центра Галактики в обзорах [5, 7]. Значения угловых размеров приведены к частоте 1 ГГц пропорционально квадрату длины волны с частот наблюдений на УЬА 330 МГц [5] и 1400 МГц [7]. Видно, что угловые размеры растут с приближением к центральному источнику Sgг А*, и наблюдаемое распределение угла рассеяния в зависимости от углового расстояния до источника Sgг А* хорошо согласуется с расчетным распределением. Наблюдаемые значения угла рассеяния (крестики) вблизи нижней огибающей на рис. 1 относятся к источникам, расположенным на более высоких широтах, а данные вблизи верхней огибающей —
а
1-4 1-4
го ^
о н о
В
л ^
Л К
Л &
^
Н
св &
О
к
£
о
н «
се
к н о о
м &
10^
10°г
10 г
10-2г
10-
4 103
- 102
к и
и
я
1-4 1-ч
«
н о н , о 101 £
Л
К «
к
к «
о
100 У &
ч о и
-120 -80 -40 0 40 80 120 Угловое расстояние источника от А*, мин. дуги
Рис. 1. Зависимость тепловой составляющей яркостной температуры фона Тя на частоте 43.25 ГГц (левая вертикальная ось) и угла рассеяния внегалактических источников в на частоте 1 ГГц (правая вертикальная ось) от углового расстояния до компактного источника Sgr A* в центре Галактики. Светлыми значками обозначены данные по галактической долготе на широте источника Sgr A*, а темными значками — данные по широте на долготе этого источника. Отрицательные угловые расстояния соответствуют отрицательным долготам и широтам. Кружками нанесены знечения Тя, полученные в работе [11] на частоте 43.25 ГГц с разрешением 38", и значения в, вычисленные с их использованием. Квадратиками нанесены значения Тя, полученные в работе [12] на частоте 10.7 ГГц с разрешением 1.3', и соответствующие им значения в. Треугольниками нанесены значения Тя, полученные в работе [13] на частоте 10.55 ГГц с разрешением 3' и соответствующие им значения в. Данные Тя переведены с частот 10.7 и 10.55 ГГц на частоту 43 ГГц по закону Тя ~ V-2Л. Крестиками обозначены наблюдаемые значения угла рассеяния, полученные в работах [5, 7] на частотах 330 и 1400 МГц и переведенные на частоту 1 ГГц пропорционально квадрату длины волны. Отрицательные и полож
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.