АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2014, том 91, № 9, с. 720-734
УДК 524.354-77
О ЧАСТОТНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ЭВОЛЮЦИИ РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ ОСТАТКА СВЕРХНОВОЙ КАССИОПЕЯ А
© 2014 г. Е. Н. Виняйкин*
Научно-исследовательский радиофизический институт, Нижний Новгород, Россия Поступила в редакцию 06.02.2014 г.; принята в печать 17.03.2014 г.
Продолжены многолетние измерения плотности потока радиоизлучения молодого остатка сверхновой Кассиопея А относительно радиогалактики Лебедь А на частотах 290 и 151.5 МГц. Полученные данные вместе с опубликованными данными многолетних наблюдений на частотах декаметрового, метрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов длин волн использованы для получения зависимости темпа векового уменьшения плотности потока радиоизлучения Кассиопеи А от частоты:
[% год"1] = -(0.63 ± 0.02) + (0.04 ± 0.01) 1п V[ГГц] +
+ (1.51 ± 0.16) х 10~5НПц]Г2Л.
Замедление векового уменьшения с понижением частоты на декаметровых волнах объясняется уменьшением со временем оптической толщины остаточной зоны Н11 вокруг Кассиопеи А из-за рекомбинации атомов водорода. С использованием вновь полученной частотной зависимости темпа векового уменьшения, результатов абсолютных и относительных измерений плотности потока радиоизлучения Кассиопеи А, выполненных в течение последних 25 лет, и абсолютного спектра Лебедя А построен спектр Кассиопеи А в диапазоне 5-250 000 МГц на эпоху 2015.5.
DOI: 10.7868/80004629914090072
1. ВВЕДЕНИЕ
В работах [1,2] приведены результаты многолетних измерений (1977—2005 гг.) плотности потока радиоизлучения молодого остатка сверхновой Кассиопея А (Cas А) относительно радиогалактики Лебедь А (Cyg A) на частотах 38, 151.5, 290, 927 и 2924 МГц. На основе анализа этих результатов в [2] получены параметры частотной зависимости темпа векового уменьшения радиоизлучения Cas A в диапазоне 0.03—3 ГГц. Наблюдаемое замедление векового уменьшения с ростом частоты приводит к вековому уплощению спектра излучения этого радиоисточника [2—6]. После 2005 г. относительные измерения плотности потока радиоизлучения Cas A в Радиоастрономической обсерватории НИРФИ "Старая Пустынь" (РАО СП) [1,2] были продолжены на частотах 290 и 151.5 МГц. Кроме того, в последние годы опубликованы результаты многолетних измерений отношения плотностей потоков
sCasA(t)/sCygA на ряде частот декаметрового [7] и метрового диапазонов длин волн [8—10], также результаты измерений плотности потока SCasA (t) на волнах миллиметрового диапазона длин волн [6,
E-mail: evin@nirfi.sci-nnov.ru
11]. В связи с этим представляется целесообразным вновь обратиться к анализу эволюции спектра радиоизлучения Cas A. С использованием новых данных этот анализ можно выполнить для диапазона длин волн от декаметровых до миллиметровых.
2. НАБЛЮДЕНИЯ
2.1. Частота 290 МГц
Многолетние измерения плотности потока радиоизлучения Cas A относительно Cyg A на частоте 290 МГц, проводившиеся в РАО СП с 1978 по 2005 гг. [2, 12, 13], были продолжены, начиная с 2007 г. Был использован тот же радиотелескоп РТМ-10 с 10-м параболической антенной, применена та же методика измерения отношения плотностей потоков Г290МГц = 329оМГц/52ЭДМГц, что и в [2, 12, 13]. В табл. 1 приведены результаты измерений Г290МГц после 2005 г., а на рис. 1 представлены результаты всех измерений, начиная с 1978 г., содержащихся в табл. 1 в [2] и в табл. 1 данной работы: всего 31 эпоха в 33-летнем интервале времени с 1978 по 2011 гг. Подчеркнем, что все измерения на частоте 290 МГц выполнены на одном и том же радиотелескопе по единой методике.
О частотной зависимости эволюции
721
S
О'
CasA
nCygA
290 МГц(f)/S290 МГц 1.20
0.95
0.90
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005
2010 2015 Время, годы
Рис. 1. Результаты измерений отношения плотностей потоков Cas A и Cyg A на частоте 290 МГц в интервале времени 1978—2011 гг. в РАО СП ([2, 12, 13] и табл. 1) и их аппроксимация степенной зависимостью (1), параметры которой указаны в табл. 3.
Кривая на рис. 1 является степенной функцией времени согласно [14]
sCasA(t)/sCygA = A(t - to)-e, (1)
где to — эпоха вспышки сверхновой, которую принимаем, как и в [1, 2], равной 1680, A и в — постоянные, определяемые методом наименьших квадратов с учетом весов. Значения A и в для результатов наблюдений на частоте 290 МГц и других частотах приведены далее в табл. 3.
2.2. Частота 151.5МГц
В 2006 г. были проведены измерения плотности потока радиоизлучения Cas A относительно Cyg A на частоте 151.5 МГц, продолжившие ранее выполненные измерения на этой частоте [1, 12, 13,
Таблица 1. Результаты измерений отношения плотностей потоков 5>291с1А/5'29УоА с помощью радиотелескопа РТМ-10 в РАО СП в 22007-2011 гг.
Эпоха, t ''290 a
2007.81 0.966 0.011
2008.81 0.944 0.008
2009.865 0.960 0.014
2011.725 0.939 0.011
15]. Как и в [1, 12, 13, 15], был применен мультипликативный интерферометр, составленный из двух одинаковых 14-м радиотелескопов в РАО СП, разнесенных на расстояние ^60 м приблизительно по линии Восток—Запад. В результате получено следующее значение отношения плотностей потоков:
SCsT.Am^ = 2006.65)/sCyigAMni = (2)
= 0.90 ± 0.03.
На рис. 2 представлены результаты измерений в РАО СП плотности потока Cas A относительно Cyg A на частоте 151.5 МГц (по данным из [1] и с учетом (2)) в интервале времени 1980—2006 гг., показанные ромбиками. Там же приведены результаты наблюдений на близких частотах 152 МГц [ 16, 17] и 151 МГц [18], показанные косыми крестиками. Всего наблюдениями на волне 2 м охвачен интервал времени в 40 лет ( 1966—2006 гг. ).
2.3. Частоты вблизи 81.5МГц
Частота 81.5 МГц привлекательна тем, что на ней еще в 1949 г. получены самые первые значения плотности потока радиоизлучения Cas A относительно Cyg A [19]. В последующие годы наблюдения на этой частоте были продолжены [17, 20, 21] вплоть до 1989 г. [21].
Рассмотрим теперь наблюдения на частотах, близких к 81.5 МГц. Продолжительный ряд (1953— 2006 гг.) измерений рассматриваемого отношения
722
ВИНЯЙКИН
Рис. 2. Результаты интерферометрических измерений плотности потока Cas A относительно Cyg A на частоте 151.5 МГц в 1966—2006 гг. Косые крестики обозначают измерения, взятые из литературы (см. текст), ромбики — результаты автора из [1] и данные формулы (2). Параметры аппроксимирующей кривой ( 1 ) даны в табл. 3.
плотностей потоков Cas A и Cyg A выполнен с помощью интерферометра в Бюраканской астрофизической обсерватории на волне 4.2 м (частота
71.4 МГц) [9, 10]. Эти данные пересчитаны нами к частоте 81.5 МГц с использованием спектров Cas A и Cyg A [2, 4].
Далее, в [1] выполнены измерения плотности потока Cas A относительно Cyg A с помощью антенны Восток—Запад радиотелескопа ДКР-1000 ПРАО на частотах 87.9 МГц (1997 г.) и 87 МГц (1998 г.). Пересчет измеренных значений к частоте
81.5 МГц дал следующие результаты [1]:
^Б^МГц^ = 1997-6)/^81у5Мгц = (3)
= 1.095 ±0.045,
SsÎ5Wi = 1998.6)/^^ = 1.115 ± 0.055.
В 1982 г. измерено значение плотности потока Cas A по отношению к Cyg A 1.13 ± 0.02 на частоте 102 МГц с помощью интерферометра, состоящего из двух одинаковых 14-м радиотелескопов в РАО СП [22], с базой 97 м, ориентированной приблизительно по линии Восток—Запад. Целью тех измерений [22] была проверка сообщения, появившегося в [23], о наличии в спектре радиоизлучения Cas A существенного увеличения плотности потока на частотах 102, 108, 118 и 128 МГц по сравнению со степенным спектром (широкая спектральная линия). Измерения [22] не подтвердили наличие
особенности в спектре Cas A, заявленной в [23]. Пересчет измеренного отношения [22] с частоты 102 МГц к частоте 81.5 МГц дает
SsClWi = 19В2.6)/58СУ5АМГЦ = 1-14 ± 0.02. (4)
В работе [8] с использованием архивных данных VLA получены значения плотности потока Cas A на частоте 73.8 МГц в семи эпохах с 1991 по 2006 гг. Там же приведен результат измерения отношения r = 1.04 ± 0.05 на частоте 74 МГц в среднюю эпоху 2008.9 с помощью радиотелескопа Long-Wavelength Demonstrator Array1, приведенного нами к частоте 81.5 МГц. Используя аппроксимацию спектра Cyg A в метровом и декаметровом диапазонах из [1]
SCygA^] = 3.835 х 105(v[МГц]П°-718 х
(5)
х e
-o-Mmï
и данные о спектре Cas A и его эволюции из [1, 2, 4], получим значения отношения S£^бм^/^э 1У1мГц из абсолютных значений S^gAi^ [8].
В итоге на частоте 81.5 МГц известно 36 значений отношения r, полученных в 60-летнем интервале времени с 1949 по 2009 гг. Конечно, этот ряд не
'См. заметку № 93 на сайте "Long Wavelength Array (LWA) Memo Series" (http://www.ece.vt.edu/swe/lwa/).
Рис. 3. Результаты измерений плотности потока Cas A относительно Cyg A на частоте 81.5 МГц и на близких к ней частотах (приведено к частоте 81.5 МГц) в 60-летнем интервале времени 1949—2009 гг. Косыми крестиками отмечены результаты из литературы (см. текст). Ромбиками показаны измерения автора: данные формулы (3) из [1] и данные формулы (4), полученные в настоящей работе. Параметры аппроксимирующей степенной кривой ( 1 ) указаны в табл. 3.
является однородным, поскольку были использованы различные инструменты со своими поправками к измеренным значениям. Возможные неучтенные систематические ошибки могут различаться для разных радиотелескопов как по величине, так и по знаку (завышение или занижение результата измерений), внося тем самым в имеющийся временной ряд дополнительный источник случайных погрешностей. Имея это ввиду, рассмотрим, тем не менее, все перечисленные выше данные, показанные на рис. 3, где данные автора обозначены ромбиками, все остальные — косыми крестиками. Из рис. 3 видно, в частности, что значения отношения г как в 1997 г., так и в 1998 г. из [8] и (3) совпадают в пределах погрешностей, хотя и получены на различных инструментах: соответственно на VLA и ДКР-1000. Отметим, что точка из [21] (эпоха 1989.6), казавшаяся в [21, 17, 1] "высокой", теперь, с учетом всех имеющихся данных за 60 лет наблюдений, расположена почти точно на аппроксимирующей кривой (1) на рис. 3.
Кривая на рис. 3 соответствует величине темпа векового уменьшения
4 = 3-1(йБиМ), (6)
равной ¿81.5 МГц = —0.776 ± 0.067% год-1 (для эпохи 1979, соответствующ
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.