УДК 524.7-77
СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДИОИСТОЧНИКОВ ВБЛИЗИ СЕВЕРНОГО ПОЛЮСА МИРА
© 2007 г. М. Г. Мингалиев1, Ю. В. Сотникова1, Н. Н. Бурсов1, Н. С. Кардашев2, М. Г. Ларионов2
1Специальная астрофизическая обсерватория, Нижний Архыз, Россия 2Астрокосмический центр Физического института им. П.Н. Лебедева, Москва, Россия Поступила в редакцию 13.08.2006 г.; после доработки 12.10.2006 г.
С использованием радиотелескопа РАТАН-600 проведены исследования спектральных характеристик однородной выборки 504 радиоисточников из каталога ЫУББ вблизи северного полюса мира на 6 частотах от 1.1 до 21.7 ГГц с целью выделения из этой выборки объектов с инвертированными спектрами вблизи частоты 22 ГГц для их включения в полетную программу будущего РСДБ-проекта "РадиоАстрон". Обнаружено 17 источников с искомыми спектральными характеристиками. Данные по исследованию спектров в широком диапазоне длин волн свидетельствуют о том, что спектральное поведение выборки источников в среднем отличается от полной выборки объектов с такими же начальными параметрами, но сделанными на частоте 20 ГГц. По полученным данным наблюдается 6%-дефицит источников с инвертированными спектрами, что может быть объяснено спектральными характеристиками "подпороговых" источников, не попавших в исходную выборку на частоте 1.4 ГГц.
РАС Б: 98.70.Dk, 95.85.Bh
1. ВВЕДЕНИЕ
Основополагающие обзоры радиоисточников, охватывающие значительные участки небесной сферы, выполнены на частотах 5 ГГц и ниже [1—3]. В результате был получен материал для астрофизических исследований в других диапазонах длин волн. К настоящему времени известно около 2 млн. галактических и внегалактических радиоисточников самой разнообразной природы и свойств.
Однако объекты, обнаруженные в сантиметровом диапазоне длин волн, представляют в своей основной массе удаленные внегалактические источники — квазары и радиогалактики [4]. Обладая практически единой широкой функцией светимости, эти группы объектов удобны для проведения космологических исследований с использованием статистических зависимостей типа N — ^ Б", "спектральный индекс — поток" и др. [5—7].
По мере продвижения в сторону коротких волн проведение полномасштабных обзоров затрудняется возрастающими в квадратичной зависимости временными затратами на просмотр небесной сферы. Обзоры ограниченных участков неба с наземных радиотелескопов выполнены в диапазоне 8.7 и 14.4 ГГц [3], 15 ГГц [8], 18 и 20 ГГц [9]. Космическая
миссия WMAP1 позволила получить уникальные данные по сильным источникам (более 1 Ян) на 5 частотах в диапазоне 23—94 ГГц [10].
Суммируя исследования радиоисточников во всех диапазонах, можно сделать следующие выводы.
1. По мере роста частоты наблюдений доля объектов с компактными компонентами и высокочастотными избытками в спектральной плотности потока растет. Отождествляемая с ними доля квазаров также увеличивается [10, 11].
2. Космологические эффекты (завал в поведении зависимости "lg N — lg S" в сторону слабых потоков) проявляются уже на уровне, близком к 1 Ян. Этот эффект связан с уменьшением относительной доли менее мощных, чем квазары, радиогалактик, имеющих нормальные спектры [12].
3. Компактные активные ядра галактик, включающие в себя сейфертовские галактики, квазары, объекты типа BL Lac, обнаруживают явно выраженный феномен переменности потока излучения, связанный, как полагают, с деятельностью двойных (в общем случае кратных) черных дыр в их центральных областях [13].
1 WMAP — the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe.
4. Индекс переменности потока излучения компактных радиоисточников при продвижении с сантиметрового диапазона в сторону миллиметровых волн кардинальным образом не изменяется (не более чем в полтора раза) [9]. Это связано, по-видимому, с тем, что основная доля переменной составляющей потока в двойных системах околоядерных областей возникает из-за геометрических (кинематических) эффектов. К последним явлениям относятся феномены орбитальных движений, когда при близком прохождении черной дыры-компаньона может частично разрушаться (или возмущаться) аккреционный диск, или возникать сильные приливные взаимодействия. Сюда же следует отнести прецессионные и нутационные изменения в системе [14].
5. На фоне таких долговременных изменений потока присутствуют вариации потока вспышечно-го характера. В этом случае наблюдается задержка изменений потока на более низких частотах [15]. Наблюдаются выбросы из ядерных областей, и их динамика впрямую свидетельствует о наличии прецессионных движений в двойных системах из черных дыр [16].
6. Во вспышечной фазе потоки от источников могут возрастать в значительное число раз [17]. В сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн наблюдается и очень быстрая переменность потока излучения — на масштабах дней и часов (IDV — Intraday Variability). Существует не очень много наблюдательных данных о связи IDV-переменности в различных частотных диапазонах [18]. В миллиметровом диапазоне IDV-переменность может быть связана с изменениями физических условий в самом источнике, или в среде, окружающей источник.
Проблема объяснения физической природы компактных радиоисточников связана с решением вопроса о механизмах генерации излучения в его центральных областях. Мы не знаем, до какого уровня компактности доходят области излучения в двойных черных дырах. Наличие остро коллими-рованных струйных явлений приводит к мысли о присутствии очень компактных образований внутри таких нестационарных объектов. Физическую природу выбросов и струй в ядерных областях галактик еще только предстоит установить.
С этой целью проводятся наблюдения компактных радиоисточников на системах апертур-ного синтеза и на системах из радиотелескопов, составляющих глобальную интерферометрическую сеть (РСДБ-эксперименты), и исследования IDV-переменности [19]. Протяженность баз глобальных интерферометрических систем ограничена размерами Земли. Вынос радиотелескопов в космос позволяет расширить интерферометрические возможности. Первые эксперименты по РСДБ с участием
8-м телескопа на спутнике с низкими космическими орбитами были реализованы в проекте VSOP2 [20].
Для значительного повышения углового разрешения готовиться наземно-космический эксперимент "РадиоАстрон", в котором предусматривается использование высоких орбит спутника, несущего 10-м космическую антенну, и более высокой частоты наблюдения. Апогей орбиты будет достигать 350 тыс. км и орбита будет располагаться, в основном, в северном полушарии, где расположено большинство наземных радиотелескопов.
В этой связи радиоисточники, находящиеся в области северного полюса мира, представляют особый интерес для исследований, так как будут доступны для наблюдения большинству радиотелескопов в течение длительного времени. Такие незаходящие источники предоставляют хорошую возможность их наблюдения в течение суток и более, что особенно важно при исследовании переменности потока космических объектов в области низких потоков, требующих значительных накоплений сигналов.
С другой стороны, в указанной области небесной сферы не выполнялись поисковые обзоры на разных частотах даже до средних уровней потока. Единственный представительный обзор выполнен на частоте 1.4 ГГц с использованием системы апер-
турного синтеза VLA3 [2] (далее NVSS). В связи с этим, спектральные характеристики слабых радиоисточников в этой перспективной для наблюдений области неба не известны.
Как первый этап, в 1999 г. с целью изучения спектральных характеристик сильных радиоисточников в зоне северного полюса мира, на радиотелескопе РАТАН-600 был выполнен обзор выборки радиоисточников из каталога NVSS4 с потоками более 400 мЯн [21]. Источники были отобраны в зоне склонений +75° < 6 < +88° по всем прямым восхождениям. Работа была инициирована необходимостью учета вклада дискретных радиоисточников при фоновых исследованиях. Результаты этих исследований использованы также в настоящей работе, так как можно было выполнить их сравнение с полученными данными с целью определения характеристик переменности объектов сильнее 400 мЯн.
Целью работы является определение мгновенных спектров полной выборки объектов с последующим отбором радиоисточников с плоскими и инвертированными спектрами и использование их в космической программе "РадиоАстрон".
2VS OP — the VLBI Space Observatory Program.
3VLA — the Very Large Array.
4NVSS - the NRAO VLA Sky Survey.
Таблица 1. Параметры широкополосных приемников первого облучателя РАТАН-600 (по состоянию на начало 2002 г.)
/о, ГГЦ А/, ГГц AT мК/с Входной усилитель Та*, К Тс, К
Тф,К Тип Тш,К
21.7 2.5 3.5 15 НЕМТ 23 30 77
11.2 1.4 3 15 НЕМТ 12 25 65
7.7 1.0 3 15 НЕМТ 14 23 62
4.8 0.9 2.2 15 НЕМТ 6 22 39
2.3 0.4 8 310 НЕМТ 35 25 95
1.1 0.12 15 310 НЕМТ 21 50 105
Примечание.
А, /0 — длина волны и центральная частота; Д/ — полоса частот;
ДТ — чувствительность при времени интегрирования 1 с;
Тф и Тш — физическая и шумовая температуры входных усилителей;
НЕМТ — транзистор с высокой подвижностью электронов;
Та* — температура антенны на средних углах возвышения;
Тс — общая шумовая температура системы.
Таблица 2. Опорные источники с принятыми значениями плотностями потоков в Ян
v, ГГц 0410+76 2344+82 0016+79 1435+76 1609+79
21.7 1.276 0.292 0.145 0.191 0.193
11.2 1.791 0.65 0.408 0.335 0.324
7.7 2.255 0.894 0.636 0.444 0.428
4.8 2.97 1.463 1.088 0.622 0.597
2.3 4.3 2.675 2.267 0.981 0.949
1.1 6.356 4.53 4.68 1.531 1.583
2. НАБЛЮДЕНИЯ
Наблюдения проводились в двух сетах — апреле-августе 2005 г. (с 05.04.2005 по 05.06.2005 и с 05.07.2005 по 05.08.2005) на Южном секторе РАТАН-600 на частотах 1.1, 2.3, 4.8, 7.7, 11.2 и 21.7 ГГц. Использовался режим меридианного инструмента (прохождение объектов через неподвижную диаграмму направленности антенны в верхней кульминации).
На частотах 7.7, 11.2 и 21.7 ГГц использовался двухлучевой режим приема с применением диаграммной модуляции для уменьшения влияния атмосферных флуктуаций. На 4.8, 2.3 и 1.1 ГГц применялись однорупорные системы приема сигналов. Радиометры на 7.7, 11.2 и 21.7 ГГц
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.