УДК 524.3- 77+52-13(083.8)
РАДИОСПЕКТРЫ ОБЪЕКТОВ RZF-КАТАЛОГА РАТАН-600 И ПОПУЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗ СЛАБЫХ РАДИОИСТОЧНИКОВ
© 2007 г. Т. А. Семенова, Н. Н. Бурсов, Ю. Н. Парийский
Специальная астрофизическая обсерватория, Нижний Архыз, Россия Поступила в редакцию 23.08.2006 г.; после доработки 12.10.2006 г.
Приведены результаты обработки наблюдательных данных, полученных на радиотелескопе РАТАН-600 в сантиметровом диапазоне волн для нескольких сотен объектов NVSS-каталога с существенно разными плотностями потоков. Приведены оценки изменений распределения объектов по спектральным индексам при переходе от "сильных" радиоисточников к "слабым" для исследуемой выборки объектов. Показано, что при переходе от "сильных" к "слабым" радиоисточникам наблюдается уменьшение числа объектов с крутыми и ультракрутыми спектрами и замытие обнаруженного еще в 70-х годах прошлого столетия минимума в числе объектов со спектрами между крутыми и плоскими. Менее уверенно наблюдается увеличение доли объектов с инверсионными спектрами. Сравнение с теоретическими моделями эволюции радиоисточников позволяет заключить, что эффект уменьшения числа объектов с крутыми и ультракрутыми спектрами при переходе от "сильных" радиоисточников к "слабым" находит естественное объяснение в связи с резким падением доли классических радиогалактик типа FRII. Эффект замытия минимума, по-видимому, связан с ростом доли популяции со спектральными индексами 0.7—0.5, которую обычно связывают с галактиками c активным звездообразованием. Небольшое увеличение доли объектов с инверсионными спектрами, возможно, следует отнести к росту числа объектов с активными ядрами. Выводы по спектральным данным подтверждаются морфологическими данными, основанными на изображениях в каталоге FIRST. C использованием данных SDSS-каталога сделана оценка числа радиообъектов, связанных со сверхмассивными черными дырами в ранней Вселенной.
PACS: 98.70.Dk, 95.80.+р, 95.85.Bh
1. ВВЕДЕНИЕ
Спектральные характеристики точечных радиоисточников относятся к числу наиболее простых и легко определяемых. После относительно короткой эпохи в радиоастрономии 50-х годов, когда всем внегалактическим радиоисточникам по данным на метровых волнах приписывали некоторый средний спектральный индекс а 1 (S ~ иа), на более коротких волнах вскоре была выявлена популяция объектов с существенно более плоскими спектрами. В течение последующего десятилетия было принято деление внегалактических радиоисточников на две популяции: а 1 и а ~ 0. К первой относили радиогалактики с протяженными компонентами, а ко второй — ядерное излучение галактик и квазаров [1]. Это деление уже выявлялось среди достаточно близких объектов, и появились попытки учесть эволюцию этих популяций в течение всей жизни Вселенной [2]. Эффекты эволюции должны проявиться, прежде всего, на объектах высокой светимости, наблюдаемых на больших расстояниях. Так, радиогалактики типа FRII доступны наблюдениям на РАТАН-600 на любых
красных смещениях, формально — вплоть до эпохи рекомбинации [3]. В первых классических работах по формированию сверхмассивных черных дыр, ответственных за радиоизлучение радиогалактик, предполагалось, что темпы их формирования сравнимы с возрастом Вселенной, и на красных смещениях Z > 2 мощных радиогалактик вообще еще не было. Наблюдения, однако, показали, что это не так, и есть популяция очень далеких и мощных радиогалактик с красными смещениями около 5. Недавно в САО РАН по программе "Большое трио" был обнаружен самый мощный радиообъект ранней Вселенной типа FRII на красном смещении Z = 4.515 [10]. Объекты высокой радиосветимости типа FRII являются достаточно редкими, и для получения статистически значимых результатов необходимы обзоры, на несколько порядков более широкие, чем предельно глубокие обзоры VLA1 площадок в несколько минут дуги. Глубокие обзоры всего неба появились в дециметровом диа-пазоне(NVSS), однако в сантиметровом диапазоне
1 VLA — Very Large Array.
Параметры RZF-обзора
Длина волны,см Число суточных записей (0h < RA < 24h) Достигнутая чувствительность мЯн/луч
1 290 1.5
1.4 513 0.9
2.7 530 0.6
3.9 557 0.6
6.2 237 0.6
7.6 347 0.5
13 515 1.4
31 300 5.3
49 237 12.6
их чувствительность пока низкая. В этой заметке мы попытались использовать данные нового многочастотного глубокого обзора на РАТАН-600 в полосе неба размером около 20 кв. град. с чувствительностью около 1 мЯн (RZF, Ratan-600 Zenith Field) [4], и целевой многочастотный обзор на РАТАН-600 популяции более сильных NVSS-объектов северного неба [5].
RZF-обзор на РАТАН-600 по плотности потока является почти в 10 раз более глубоким, чем все крупные каталоги в см. диапазоне воли (PMN, GB). Достигнутый уровень по плотности потока является достаточным для проверки новых модельных расчетов по эволюции различных популяций радиоисточников, по крайней мере — высокой радиосветимости. Спектральные данные мы дополнили данными о морфологии радиоисточников по каталогу FIRST2 (http://third.ucllnl.org) и сведениями о родительских галактиках по SDSS-каталогу3 (http://cas.sass.org), с выявлением кандидатов в предельно далекие объекты по их цветовым свойствам.
2. НАБЛЮДЕНИЯ
Идеология RZF-обзора на РАТАН-600 изложена в [4, 6]. Здесь мы использовали данные по центральному сечению на склонении 3С 84,
2FIRST — Faint Images of the Radio Sky at Twenty-centimeters.
3SDSS — Sloan Digital Sky Survey.
полученные по области 0h < RA < 24h, 41°27' < < DEC < 41°33'. В этой области неба было обнаружено 4452 детали, превышающие по амплитуде сигнала уровень шума радиометра втрое, но аккуратно оценить их параметры сложно из-за шума фоновых радиоисточников. Положение этих деталей будет использовано для бланкирования этих мест на небе при глубокой статистической обработке данных по фоновым излучениям неба и по анизотропии реликтового излучения, что являлось основной целью RZF-обзора (проект "Генетический код Вселенной"; см. страницу "CG" на сайте http://sao.ru/hg/CG).
На рис. 1 показано положение по склонению глубоких обзоров РАТАН-600 на небесной сфере.
Регистрация излучения проводится на приемном комплексе радиометров сплошного спектра вторичного зеркала (облучатель № 1 РАТАН-600). По прямому восхождению интервал наблюдений
составляет 24h-скан на волнах 1, 1.38, 2.7, 3.9, 6.2, 7.6, 13, 31, 49 см. Чувствительность приемного комплекса достаточна для обнаружения популяций мощных радиоисточников на любых красных смещениях.
Преимущество данных RZF-каталога в том, что они дают информацию о более слабых объектах, чем GB-каталог, и на областях неба, много больших, чем в предельно глубоких сантиметровых VLA-обзорах(рис. 2). Предельно глубокие обзоры типа VLA дают информацию об объектах малой светимости, и практически никакой информации — о мощных радиогалактиках, из-за их малой поверхностной плотности. Грубые обзоры всего неба дают богатую информацию об объектах самой высокой светимости на больших красных смещениях, но только самые близкие объекты малой светимости доступны им по чувствительности.
Первый RZF-каталог был составлен по области размером 20 кв. град. на центральной волне многочастотного обзора 7.6 см. По состоянию на 2005 г. размер выбранной области обзора составляет уже более 200 кв. град. Параметры обзора приведены в таблице.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОТОЖДЕСТВЛЕНИЙ С КАТАЛОГАМИ FIRST И SDSS
Появление FIRST-каталога с субмиллиянской чувствительностью и с разрешением 6'' позволило отождествить подавляющее число радиоисточников RZF-каталога, за исключением нескольких процентов от общего числа RZF-объектов в пересекающейся области неба.
В результате отождествлений RZF-объектов с объектами FIRST-каталога получена следующая статистика:
Обзор "ПОЛЮС" '>"' , -
. - \> г RZF-обзор
. ' jj.j *ptr ; ... Эксперимент "Холод"
■■■* - V*
-.{•vt /
■ ■ ¿V*, *
v. т \ .V , * - ■ ■ f 1 **/ , if ' V/'i ' .
J?1 -л '•dLtim ' ' <
0.201
i +0.20
Рис. 1. Глубокие обзоры на РАТАН-600, связанные с программой "Генетический код Вселенной" (http://www.sao.ru/hq/CG). Область RZF-каталога расположена на средних склонениях (вокруг 3С 84) и нанесена на карту реликтового фона Вселенной, полученную WMAP [7].
-12
22 24 26 28
lg¿1.4ГГЦ (Вт. Гц-1 ср-1)
30
Рис. 2. Современная функция светимости радиоисточников (подробности см. в [8]) обзоров VLA Deep Fields, РАТАН-600 (RZF-каталог) и GB 5GHz. RZF-обзор занимает промежуточное положение и имеет глубину, достаточную для исследования всей части функции светимости, связанной с радиогалактиками (L > 1025 Вт Гц-1 ср-1) [8], расположенных на любых красных смещениях.
пустое поле 5%
квази-точечные радиоисточники (< 6") 65%
двойные радиогалактики и квазары 13%
тройные объекты 2%
сложные объекты 9%
следы "ветра" в скоплениях 3%
пекулярные объекты 3%.
Некоторые примеры спектров FIRST-изобра-жений и SDSS-полос приведены на рис. 3, 4.
Популяция FRП-объектов в RZF-каталоге представлена значительно слабее, чем в каталогах с более высокими предельными потоками. Это не противоречит моделям последних лет. Наблюдения подтвердили резкое падение процента FRII-объектов (рис. 5).
На рис. 5 представлены современные экспериментальные данные о статистике радиоисточников и модельные оценки вклада популяций на различных уровнях плотностей потока.
Область, в которой происходит резкое падение FRII, попадает в область глубокого обзора на РАТАН-600 и прослеживается по данным RZF-каталога.
По данным RZF-каталога было проведено следующее разделение типов спектров:
нормальные плоские инверсионные ультракрутые
(-1.1 < а < -0.5) (-0.5 < а < 0) (0 < а < 2.5) (-1.1 < а < -2.0)
I % %
!%
Если говорить о природе слабых радиоисточников, то мы пришли к следующему выводу: вы-
Jy
н t*
а,
к о т о п л 10-
B
о н т о л
с
10-
(а)
123354 + 413015 2'-
FIRST (б)
R.A. = 12h33m54.580s
Dec = +41°30'15.57''
(J2000)
-10' -8 |
-6 !
I
4
2 0
102
103
Частота, МГц
104
0 -1 -2' ARA
Ярчайший пиксел: 18.89 мЯн/луч R.A. = 12h33m55.049s Dec = +41°29'55.68'' (J2000) Cp.-кв. шум 0.180 мЯн
(в)
SDSS
=1—I-1-1-1-1-1-1-1-1-=4
R.A. = 188.477° n "Dec = 41.504° 10''
E
W
G
u i i
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.