УДК 524.7-82-77-357
НОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ КРУГОВОЙ КОМПОНЕНТЫ ПОЛЯРИЗАЦИИ РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ АКТИВНЫХ ЯДЕР ГАЛАКТИК НА ПАРСЕКОВЫХ РСДБ-МАСШТАБАХ
© 2007 г. В. М. Витрищак1, Д. К. Габузда2
1Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия
2Университетский колледж Корка, Корк, Ирландия Поступила в редакцию 20.11.2006 г.; принята в печать 27.12.2006 г.
Приводится описание и сравнение методик обработки данных круговой компоненты поляризации радиоизлучения активных ядер галактик на парсековых РСДБ-масштабах. Рассматриваются результаты применения этих методик к данным выборки из 29 активных ядер галактик на 15 ГГц (данные VLBA). В 6 источниках был обнаружен сигнал круговой компоненты поляризации с характерной максимальной степенью в десятые доли процента. Наиболее вероятным механизмом образования круговой компоненты поляризации, согласно опубликованным другими авторами и полученным в данной работе результатам, является механизм фарадеевской конверсии из линейной компоненты при прохождении радиоизлучения сквозь намагниченную плазму среды. Для трех источников ОЛ 287, 1334—127 и 3С 279, наблюдавшихся на нескольких эпохах, обнаружена постоянная компонента круговой поляризации на временных масштабах в несколько лет, что может свидетельствовать в пользу наличия стабильных упорядоченных магнитных полей в изучаемых областях.
PACS: 98.62.Js, 95.85.Bh, 95.30.Gv
1. ВВЕДЕНИЕ
Как правило, степень круговой поляризации радиоизлучения (отношение локальной интенсивности круговой компоненты поляризации к полной локальной интенсивности излучения) внегалактических радиоисточников является весьма незначительной, и задача ее определения далеко не тривиальна. Тем не менее, данные о круговой компоненте поляризации позволяют сделать ряд существенных астрофизических выводов о величине, упорядоченности и направлении магнитного поля, плотности и природе вещества как в объекте исследования, так и в межгалактической среде, а также свидетельствовать в пользу тех или иных теоретических механизмов процессов, протекающих в изучаемых областях.
Проблемы получения информации о круговой компоненте поляризации радиоизлучения (далее в тексте ККП), например, обсуждаются в [1], где методом интегральных радионаблюдений была измерена степень ККП у 50 радиогалактик и 43 квазаров, ККП на уровне выше 2.5а была обнаружена у 6 радиогалактик и 13 квазаров. Одной из самых крупных работ по интегральным радионаблюдениям ККП внегалактических источников является работа [2]. Несмотря на сложность определения
степени ККП, был установлен ряд ее важных свойств: корреляция между источниками с плоским спектром и высокой (доли процента от полной интенсивности) степенью ККП [3—5], высокая переменность ККП [2, 4, 6], а также отсутствие заметной корреляции с линейной компонентой поляризацией [4, 6, 7].
Безусловно, важной работой по интегральным радионаблюдениям внегалактических источников является [8]. Авторами последней был проанализирован ряд активных галактик (АЯГ), среди которых 16 квазаров, 8 лацертид и 7 радиогалактик, на степень ККП. Наблюдения проводились на австралийском инструменте ATCA (Australia Telescope Compact Array), сконструированном с возможностью аккуратного определения ККП [9]. Авторами [8] так же была проделана работа по повышению чувствительности ATCA к ККП. Полученные ими результаты свидетельствуют о систематически более высокой степени круговой поляризации в радиоизлучении блазаров, чем в радиоизлучении источников, обладающих меньшей переменностью (рис. 1). В связи с тематикой данной статьи хочется подчеркнуть наличие высокой степени ККП у лацертид, сравнимой со степенью ККП у квазаров (рис. 1) или даже превосходящей ее (анализируе-
10
я 9
о
к 8
и к 7
^ о 6
т о 5
и 4
о л 3
о и 2
& 1
0
10
я 9
о
к 8
и к 7
^ о 6
т о 5
и 4
о л 3
о и 2
& 1
0
10
я 9
о
к 8
и к 7
^ о 6
¡3 5
и 4
о л 3
о и 2
& 1
Радиогалактики
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 И/1, %
Квазары
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
ИД, %
Лацертиды
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
№ %
Рис. 1. Распределение степени круговой поляризации для разных внегалактических радиоисточников (взято из работы [8]). Степень поляризации приводится как отношение потока ККП к потоку, соответствующему полной интенсивности.
мая выборка недостаточно велика, и делать подобные выводы на данный момент затруднительно).
Авторы [8] показали, что высокая степень ККП ассоциирована с переменностью полной интенсивности и плоским спектром радиоизлучения, что свидетельствует о ее связи с блазарной активностью. К сожалению, изучаемые в [8] объекты являются источниками южного неба, и в анализируемой нами выборке они не встречаются.
Изучение ККП радиоизлучения АЯГ на парсе-ковых масштабах представляет собой относительно новую задачу в радиоастрономии. При обработке РСДБ-поляризационных данных компоненту, связанную с ККП, зачастую приравнивают нулю, что для подавляющего большинства задач (таких, как анализ линейной поляризации или полной интенсивности) является вполне приемлемым. Исто-
рически это привело к тому, что все стандартные методики" обработки РСДБ-данных не учитывают наличие ККП (в лучшем случае считая ее неопределенной). Тем не менее, в некоторых приложениях предположение о нулевой ККП недопустимо (не говоря уже о задаче определения самой степени ККП), что требует создания и реализации специальных методик обработки.
Среди публикаций, посвященных измерениям ККП в РСДБ, в первую очередь следует отметить статьи Гомана и Вордла [10, 11] и Гомана и др. [11]. Эти авторы предлагают несколько методик обработки РСДБ-данных с учетом ККП (подробнее о методиках обработки ККП данных речь пойдет ниже), которые они успешно применяют для определения степени ККП у нескольких десятков АЯГ.
В [10] рассматриваются VLBA-данные 13 АЯГ на 15 ГГц на нескольких эпохах. В четырех источниках (3С 84, 3С 273, 3С 279 и Р^ 0528+134) была обнаружена круговая поляризация (на уровне 3а и более) с локальным интегральным потоком на уровне 0.3—1% от локального интегрального потока полной интенсивности. Знак ККП для этих четырех источников показал устойчивость на всех эпохах. Изменения в потоке круговой поляризации для 3С 273 и 3С 279 совпадают с происшедшими в интервале наблюдений выбросами из ядер этих АЯГ. Полученные результаты указывают на то, что ККП излучения АЯГ, как правило, связана с их РСДБ-ядрами. Это, возможно, подтверждает теоретический вывод о том, что степень ККП является чувствительной функцией оптической толщи, достигающей максимума при величине оптической толщи, равной единице, но также может свидетельствовать и в пользу связи ККП с рождающимися сгустками выброса, которые методом наземных РСДБ наблюдений неразрешимы от "истинного" ядра. (О теоретических механизмах образования ККП будет сказано ниже). Устойчивость знака круговой поляризации от эпохи к эпохе, по мнению авторов, предполагает наличие стабильного направленного магнитного поля в изучаемых областях.
В статье [12] была получена информация о степени и знаке ККП для 40 АЯГ на основе VLBA-данных на 5 ГГц. Одиннадцать источников показали наличие ККП на уровне выше 3а. Корреляции между линейной и круговой компонентами поляризации для исследуемой выборки обнаружено не было, причину этого авторы видят во внешней фарадеевской деполяризации в ядрах АЯГ, которая уменьшает степень линейной компоненты поляризации и не влияет на степень круговой. Этими авторами также было проведено сравнение результатов с интегральными наблюдениями 20-летней давности, что показало сохранение знака ККП
для большинства источников. Согласно Гоману и Вордлу [10], этот факт опять же указывает на сохраняющееся свойство выбросов, такое как, например, полярность магнитного поля в данных областях на временных масштабах, гораздо больших, чем временные масштабы единичного выброса.
В более поздней работе [11] рассматривается один источник 3С 84 на двух частотах. Степень круговой поляризации данного источника весьма высока и в некоторых областях превышает 3% от полной локальной интенсивности. Еще одной интересной особенностью 3С 84 является наличие близких областей с различным знаком круговой поляризации. Анализируя спектр ККП, авторы пришли к выводу, что заметный, если не доминирующий вклад в образование ККП вносит фарадеевская конверсия (см. разд. 2).
В статье [13] представлены результаты анализа ККП для 133 АЯГ на основе VLBA-данных на 15 ГГц. Несмотря на значительное увеличение числа анализируемых источников, не было обнаружено корреляции между ККП и рядом других свойств источников исследуемой выборки, таких как степень линейной поляризации, яркость РСДБ-ядра, звездная величина в оптическом диапазоне, красное смещение и т.д.
2. О ТЕОРЕТИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМАХ ОБРАЗОВАНИЯ ККП
Как наиболее вероятные превалирующие механизмы образования ККП радиоизлучения АЯГ, отметим два: непосредственную генерацию в процессе синхротронного излучения и фарадеевскую конверсию из линейной компоненты поляризации при прохождении через среду.
Расчеты, проведенные в [14, 15], дают следующую зависимость для степени круговой поляризации, генерируемой в процессе синхротронного излучения:
vV ( 1 .. BUo cos в
mc = £а
B_L r
(1)
где в — угол между направлением вектора B магнитного поля и лучем зрения, eva — константа для спектрального индекса а < —1 [14, 15], Buo cos в — проекция однородного направленного магнитного поля на луч зрения (ответственного за генерацию ККП), B±rms — усредненная компонента поля, не вносящая вклада в ККП (компонента, перпендикулярное лучу зрения, а также хаотическое поле или циклические компоненты поля, вносящие вклад только в полную интенсивность), vb± — гирочастота для B±rms, vb± = 2.8B±rms МГц (где B±ms в Гс).
Согласно расчетам в [16], при увеличении "оптической" толщи, на значениях, значительно превышающих единицу, изменяется знак ККП, спектральный индекс отношения степени ККП к полной интенсивности излучения при этом становится строго отрицательным.
Из зависимости (1) следует, что если механизм генерации ККП в процессе
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.