АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2011, том 88, № 7, с. 662-670
УДК 524.7-77
МНОГОЧАСТОТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСТАЦИОНАРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ БЛАЗАРА 3С 454.3
© 2011 г. А. Е. Вольвач1, Л. Н. Вольвач1, А. М. Кутькин2, М. Г. Ларионов2, М. Виллата3, К. М. Раитери3, А. Лахтеенмаки4, М. Торникоски4, П. Саволаинен4, Дж. Тамми4, А. Ф. Аллер5, Х. Д. Аллер5, С. Г. Сергеев6, В. Т. Дорошенко6, Ю. С. Ефимов6, С. А. Климанов6, С. В. Назаров6, Г. В. Борман6, А. Б. Пушкарев1, В.И.Жданов7, Е.В.Федорова7, И.Б.Вавилова8, Н. Г. Чеснок8
1 Лаборатория радиоастрономии НИИ "Крымская астрофизическая обсерватория",
Кацивели, Крым, Украина
2Астрокосмический центр Учреждения Российской академии наук Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, Москва, Россия 3Туринская астрономическая обсерватория Национального института астрофизики, Турин, Италия 4Радиообсерватория Метсахови Университета Аалто, Хельсинки, Финляндия 5Радиообсерватория Мичиганского университета, Анн Арбор, США
6НИИ "Крымская астрофизическая обсерватория", Научный, Крым, Украина
7Астрономическая обсерватория Киевского национального университета, Киев, Украина 8Главная астрономическая обсерватория Национальной академии наук Украины, Киев, Украина Поступила в редакцию 8.12.2010 г.; принята в печать 13.01.2011 г.
По данным длительного мониторинга на 5 частотах радиодиапазона от 4.8 до 37 ГГц, полученным в лаборатории радиоастрономии НИИ "Крымская астрофизическая обсерватория", Радиообсерватории Метсахови Университета Аалто и Радиообсерватории Мичиганского университета, проанализированы изменения потока активного ядра галактики 3С 454.3. Подробно проанализированы динамические характеристики 3 последних мощных вспышек в период с 2004 по 2010 гг. Использовались также наблюдения в гамма (0.1-300 ГэВ), рентгеновском (2-10 кэВ, 15-50 кэВ) и оптическом диапазонах длин волн. Определены задержки развития явлений между различными частотами. Установлена эмпирическая частотная зависимость задержек явлений вспышек от гамма- до радиодиапазона, описываемая логарифмическим законом и сохраняющаяся от вспышки к вспышке. На основе данных о физических характеристиках центральной области активного ядра галактики 3С 454.3 выполнены оценки размеров зоны Стремгрена с учетом действующих механизмов нагрева и охлаждения среды, а также принятых законов изменения плотности и температуры с расстоянием от источника ионизации. Предложена модель локализации излучающих областей в джете для различных диапазонов длин волн во время развития вспышечных явлений.
1. ВВЕДЕНИЕ
Блазар 3С 454.3 является одним из ярчайших представителей активных ядер галактик (АЯГ) во всех диапазонах длин волн. Будучи достаточно удаленным объектом (г & 0.8), он имеет один из наибольших потоков на миллиметровых волнах среди данной категории источников. Наблюдениями установлена сильная переменность потока этого блазара на всех длинах волн от радио до гамма-диапазона. В распределении энергии по частоте у 3С 454.3 имеются типичные для АЯГ два максимума, один из которых расположен в инфракрасной
и оптической областях, другой - в рентгеновском и гаммадиапазоне. Спектральные характеристики источника соответственно определяются двумя механизмами излучения - синхротронным излучением релятивистских электронов и обратным комптоновским рассеянием "мягких" фотонов на релятивистских электронах.
Наблюдениями точно установлено, что от радио- до оптического диапазона действует единый механизм излучения. Это впервые получило прямое подтверждение, когда была определена корреляция деталей изменения потока излучения
во время развития вспышечного явления в объекте в 2005—2006 гг. [1]. Были отмечены вариации потока 3С 454.3 на масштабах от дней до года, повторяющиеся в оптическом и радиодиапазоне. Было показано, что идентичны как общая длительность вспышки (около одного года) в этих двух диапазонах длин волн, так и отдельные детали вспышки. Такая картина возможна только в случае единого механизма генерации излучения в различных диапазонах. Таким образом, было установлено, что не только радио-, но и оптическое излучение исходит из джетовой области выброса. Задержка между явлениями вспышки была около 10 мес. между возникновениием ее в оптическом диапазоне и на миллиметровых волнах и примерно столько же до возникновениия ее на сантиметровых волнах. Установленная зависимость задержек вспышечного явления между различными диапазонами вместе с определенным периодом между вспышками позволяют прогнозировать будущие вспышки в этом объекте, которые будут возникать на различных частотах.
В предлагаемой работе проводится анализ 3 последних вспышечных явлений в АЯГ 3С 454.3, произошедших в период с 2005 по 2010 гг. Рассмотрена возможная картина развития вспышек от гамма-до радиодиапазона и их локализации в джетах на разных частотах. Рассмотрен процесс образования зоны Стремгрена при источниках ионизации, связанных с двойной сверхмассивной черной дырой в центральной области АЯГ; выполнена оценка размеров этой зоны при условии заданных параметров среды, определенных в работах [1, 2].
2. НАБЛЮДЕНИЯ 2.1. Радиодиапазон
Наблюдения на частотах 22.2 и 36.8 ГГц проводились с помощью 22-м радиотелескопа (РТ-22) лаборатории радиоастрономии НИИ "Крымская астрофизическая обсерватория". Наблюдения проводились при помощи модуляционных радиометров [3]. Антенная температура от источников измерялась методом "ОЫ-ОЫ". Перед измерением интенсивности излучения положение источника уточнялось сканированием по прямому восхождению и склонению. В процессе регистрации данных радиотелескоп устанавливался на источник поочередно одним и другим лепестками диаграмм направленности, формирующимися при диаграммной модуляции и имеющими взаимно-ортогональные поляризации. Антенная температура от источника определялась из разностного сигнала между усредненными в течение 30 с откликами радиометра в
Калибровочные источники
Принятые параметры для источников
Часто- DR21 ЗС 274 Юпитер Сатурн
та, ГГц Плотность потока, Ян Яркостная температура, К
36.8 18.3 14.3 158 148
22.2 19.5 21.5 138 128
двух различных положениях антенны. В зависимости от интенсивности излучения источника, проводились серии из 6—20 измерений, после чего рассчитывалось среднее значение и оценивалась среднеквадратичная ошибка среднего. Ортогональные поляризации позволяли измерять полную интенсивность излучения от источника независимо от поляризации этого излучения. Поглощение излучения в атмосфере Земли учитывалось методом "разрезов атмосферы", производившихся через 3—4 ч. При указанной процедуре фиксировались значения антенной температуры на определенных углах места радиотелескопа.
Измеренные антенные температуры, исправленные за поглощение излучения в атмосфере Земли, пересчитывались в плотности потоков на основе данных наблюдений калибровочных источников. Калибровочные источники и их параметры представлены в таблице. В первой колонке таблицы указана частота, во второй — принятые плотности потоков и яркостные температуры.
При пересчете антенных температур в плотности потоков учитывалась также зависимость эффективной площади антенны Аэф от угла места h. Значения Аэф радиотелескопа, определенные по данным наблюдений калибровочных источников, аппроксимировались зависимостью вида
Аэф = a sin h + b cos h + c, (1)
где коэффициенты a, b и c определялись методом наименьших квадратов.
При расчете среднеквадратичной ошибки плотности потока учитывались ошибка измерений антенной температуры (а\) и ошибка аппроксимации Аэф (ст2). Типичные значения составляют а\ = (2—4)%, а2 = (3—6)%. При такой методике обработки данных автоматически учитываются ошибки измерений, возникающие вследствие влияния: шумов аппаратуры, ошибок наведения телескопа, ошибок определения коэффициента поглощения, нестабильности коэффициента усиления радиометра.
На 26-м радиотелескопе (РТ-26) Обсерватории Мичиганского университета были проведены наблюдения источника на частотах 4.8, 8, 14.5 ГГц [4].
Наблюдения на частоте 37 ГГц проводились с помощью 14-м радиотелескопа РТ-14 Радиоастрономической обсерватории Метсахови Университета Аалто. Методика наблюдений и обработка аналогичны тем, которые были использованы на РТ-22 КрАО. Полученные данные на РТ-14 Метсахови и РТ-22 КрАО хорошо согласуются между собой и дополняют друг друга на протяжении всего периода мониторинга объекта.
2.2. Оптический диапазон
Оптические данные получены в рамках международной кооперативной программы "Всемирный блазарный телескоп" (WEBT — The Whole Earth Blazar Telescope), и они хранятся в архиве WEBT в Туринской астрономической обсерватории Национального института астрофизики Италии. К WEBT-данным добавлены результаты наблюдений, полученные с помощью 70-см телескопа (АЗТ-8) НИИ "Крымская астрофизическая обсерватория" [5].
2.3. Рентгеновский диапазон
Наиболее длительный и сравнительно непрерывный ряд наблюдений источника 3C 454.3 был произведен космической миссией Swift на аппарате ВАТ (Burst Alert Telescope). Основной целью миссии является наблюдение гамма-вспышек, однако, она также является поставщиком ценного наблюдательного материала о других источниках рентгеновского и гамма-излучения, таких, как активные ядра галактик — в том числе, блазары. На борту миссии установлено три прибора: гамма-телескоп Burst Alert Telescope (BAT) с рабочим диапазоном энергии 15—195 кэВ, рентгеновский телескоп X-ray Telescope (XRT) с рабочим диапазоном 0.3—10 кэВ и ультрафиолетовый телескоп Ultraviolet/Optical Telescope (UVOT) с рабочими длинами волн 70—650 нм. В данной работе использованы данные, полученные рентгеновским и гамма-телескопом в течение следующего периода наблюдений блазара 3С 454.3: 24.04.2005-18.09.2010. Исходные данные по результатам наблюдений 3C 454.3, проведенных в рамках научной программы "Swift/BAT transient monitor", получены с сайта http://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/swift/re-sults/transients/weak/. Диапазон энергий кривой блеска 3C 454.3, полученной в ходе выполнения программы "Swift/BAT transient monitor", составляет 15-50 кэВ (рисунок). Для проведения анализа
в данной работе было произведено ус
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.