УДК 524.5
КИНЕМАТИКА АКТИВНОЙ ОБЛАСТИ КВАЗАРА 3С 345
© 2013 г. Л. И. Матвеенко, С. С. Сиваконь
Институт космических исследований РАН, Москва Поступила в редакцию 25.02.2013 г.
Исследована тонкая структура квазара 3С 345 в поляризованном излучении на волнах 7 мм и 2 см. Показано, что кинематика соответствует антицентрифуге: тепловая плазма окружающего пространства аккрецирует на диск, перетекает к центру и эжектируется в виде вращающегося биполярного потока, уносящего избыточный угловой момент по мере его накопления. Биполярный поток состоит из высокоскоростного центрального джета, окруженного низкоскоростной составляющей. Низкоскоростные потоки — вращающиеся пустотелые трубки, эжектируемые из периферийной части диска диаметром = 2.2 пк и из области 02 = 1 пк. Высокоскоростной джет диаметром 03 = 0.2 пк эжектируется из центральной части диска, а остаток выпадает на формирующееся центральное тело. Скорость эжекции высокоскоростного потока V ^ 0.06с. На расстоянии до пк джет ускоряется до видимой скорости V ~ 8с. Далее наблюдается равномерное движение в пределах ^2 пк, после чего происходит замедление. Структура джета, соответствующая конической расходящейся спирали с возрастающим шагом, определяется газодинамической неустойчивостью. Структура контрджета — зеркальное отражение близлежащей части джета. Яркостная температура фрагмента высокоскоростного потока на выходе сопла контрджета Ть ~ (1012 —1013) К. Диск, наклоненный под углом 60° к картинной плоскости, затеняет область эжектора джета. Во вращающихся потоках возбуждаются кольцевые токи, наблюдаемые в тангенциальных направлениях в виде параллельных цепочек компонент. Магнитные поля вращающегося биполярного потока и диска соосны и ориентированы вдоль оси вращения. Поступательное движение джета и контрджета параллельны и антипараллельны магнитному полю, что определяет их ускорение или торможение. Ядро квазара окружено тепловой плазмой. Размеры области НИ достигают ^30 пк. Плотность электронов снижается по мере удаления от центра от N ж 108 см~3 до N ж 105 см~3. Наблюдаемое излучение фрагментов джета на выходе сопла частично поглощается тепловой плазмой, по мере удаления рефрагирует — движется с видимой сверхсветовой скоростью и замедляется по мере выхода за пределы области НИ.
Ключевые слова: 3C 345, АГЯ объекты, аккреционный диск, джет-контрджет, поляризация, поглощение, рефракция.
DOI: 10.7868/Б032001081308007Х
1. ВВЕДЕНИЕ
Радиоисточник 3С 345 отождествлен с квазаром 16т звездной величины с красным смещением г = 0.595. Для постоянной Хаббла, равной Н0 =
= 100 км с-1 Мпк-1, и параметра ускорения q0 =
= 0.05 расстояние до объекта Б ж 2000 Мпк, а угловое расстояние в 1 мсек. дуги соответствует 3.79 пк. Излучение квазара охватывает широкий спектр частот от радио до рентгена и определяется синхротронным механизмом. Преобладает излучение в оптическом и субмиллиметровом спектрах.
Это один из наиболее широко исследованных радиоисточников, что во многом определяется высоким уровнем его излучения — повышенной активностью ядра. В диапазоне миллиметровых — сантиметровых радиоволн наблюдается быстрая пере-
менность радиоизлучения (Костенко, Матвеенко, 1968; Брегманидр., 1986).
Синхротронное радиоизлучение ядра преобладает на высоких частотах и сопровождается мощными всплесками радиоизлучения с характерной длительностью от нескольких месяцев до года. Всплески проявляются вначале на миллиметровых волнах, а затем с понижением интенсивности на более низких частотах. Время высвечивания низкочастотных релятивистских электронов существенно превышает время жизни высокочастотных, что и определяет преобладание низкочастотного излучения. В квазарах, в том числе и у 3С 345, наблюдается повышение переменности излучения на дециметровых волнах, что не характерно для синхротронного излучения (Падриелли и др., 1987; Мантовани и др., 1990; Матвеенко, 1993). Низ-
кочастотная переменность имеет случайный вид с характерным периодом изменений порядка года. Время переменности и ее интенсивность предполагают яркостную температуру излучающей области порядка Ть & 1016 К (Гопал-Кришна и др., 1984), что существенно выше предела обратного комптоновского рассеяния Тс = 1012 К (Келлерман, Паулини-Тос, 1969). Природа данного явления могла быть установлена только путем прямых измерений яркостной температуры области переменного низкочастотного радиоизлучения. Как показали последующие измерения, яркостная температура ядра квазара на дециметровых волнах не превышает Ть & 1011 К и определяется поглощением излучения в окружающей тепловой плазме — области наблюдаемой в эмиссионных линиях в оптике (Матвеенко, 1993). Она же определяет крутые низкочастотные завалы в спектрах вспышек и близлежащих компактных фрагментов в дже-те. Частота излома понижается по мере удаления фрагментов от эжектора от коротких сантиметровых до дециметровых волн (Матвеенко и др., 1992, 1996). Тепловая плазма проявляется и по поглощению в рекомбинационных радиолиниях 3-х сантиметрового диапазона Н(78—79)а, что позволило уточнить красное смещение квазара г = 0.59374 ± ± 0.00007 (Матвеенко и др., 2005). Низкочастотная переменность квазара напоминает отрицательные всплески с характерным временем порядка 1—2 года (Падриелли, 1982; Спанглер и др., 1989) и соответствует долгопериодическим изменениям в оптике (Брегман и др., 1986). Низкочастотная переменность антикоррелирует с высокочастотной (Аллер, Аллер, 1982), но не коррелирует с переменностью в ближайших квазарах, что подтверждает влияние среды самого квазара (Спангглер, Коттон, 1981; Спангглер и др., 1989). Определенное влияние на низкочастотную переменность оказывает и межзвездная среда.
Для исследования природы квазаров их структуре необходимо было сверхвысокое угловое разрешение. Метод радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ) открыл такую возможность (Матвеенко и др., 1965). За прошедшие полвека усилиями практически всех радиообсерваторий мира метод РСДБ был реализован, успешно проводятся исследования тонкой и сверхтонкой структуры астрономических объектов и решение ряда прикладных задач (Матвеенко, 2007).
Структура квазара 3С 345 исследована в широком спектре радиоволн (Келлерман и др., 1971; Коуэн и др., 1977; Биретта и др., 1986; Ценсус и др., 1995; Матвеенко и др., 1999; Эрштадт и др., 2005). Квазар имеет классическую структуру, характерную для объектов с активными ядрами:
яркий компактный источник — ядро и односторонний джет. Излучение ядра преобладает на высоких частотах, джета — на низких. Истечение потока происходит в направлении X & —110° и соответствует —30° в удаленной части джета. Структура джета представляет собой расходящуюся спираль с возрастающим шагом и искривленной осью. Искривление оси, подобное спирали Корню, определяется долговременной прецессией диска — оси ежекции. Угол конической спирали, равный ^40°, и возрастающий шаг определяются газодинамической неустойчивостью эжектируемого потока. Джет прослеживается на дециметровых волнах на расстоянии до 4" или ~15 кпк. В эжектируемом потоке наблюдаются движения фрагментов с видимыми сверхсветовыми скоростями, достигающими 15с. В отдельных случаях происходит ускорение скорости фрагментов с 3с до 10с (Коуэн и др., 1977; Ценсус и др., 1995). В ряде работ обращалось внимание на наличие контрджета, яркость которого не превышает 0.7% яркости ядра (Биретта и др., 1986) и окружающего джет слабого гало (Колга-ард и др., 1989). На волне 49 см в направлении, противоположном джету на расстоянии 80 и 200 пк от ядра, наблюдаются две компоненты, яркость которых достигает ^3% и ~1% соответственно (Матвеенко и др., 1992, 1996).
Особое внимание в квазарах привлекают процессы, протекающие в активной области — в ядре галактики, источнике вещества, его разогрева до релятивистских температур и механизме эжекции. Поглощение в тепловой плазме, окружающей ядро, ограничивает возможности исследований активных процессов формирования потоков. Прозрачность плазмы растет с частотой и становится достаточно высокой в диапазоне коротких сантиметровых — миллиметровых радиоволн, что позволяет исследовать структуру внутренних областей на этих волнах (Эрштадт и др., 2005). Исследованию сверхтонкой структуры активной области квазара 3С 345 в диапазоне коротких сантиметровых — миллиметровых волн и 50-летию РСДБ посвящена данная работа.
2. СТРУКТУРА КВАЗАРА 3С 345
Исследования сверхтонкой структуры активной области квазара 3С 345 на волне Л = 7 мм за период 1998—2001 гг. в поляризованном излучении проведены по данным наблюдений на VLBA (Эрштадт и др., 2005) и на волне Л = 2 см в близкие эпохи 1998—2000 гг. по архивным данным Mojavy NRAO. Офсетные изображения квазара с шагом в 5 мксек. дуги и 10% градацией по яркости строились по стандартной методике программы AIPS. Далее офсетные изображения усреднялись гауссовой функцией разной ширины р — разным "угловым разрешением". Высокая чувствительность
-0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 0.5 0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5
т—1—1—1—1—| I I I I | I I I I |
-1.5 -2.0 -2.5 0.5 0 -0.5 -1.0 Относительное прямое восхождение, мсек. дуги
-2.0 -2.5
Рис. 1. Распределения яркости в квазаре 3С 345 на волне А = 7 мм в полном и поляризованном излучении в период 1998—2001 гг. Уровни изофот соответствуют: 0.2, 0.5, 1, 2, 5, 10, 20, ..., 90, 99% /реак. Длина и ориентация отрезков прямых — поляризованному излучению. Угловое разрешение р = 100 мксек. дуги (а); р = 20 мксек. дуги в полном излучении и р = 50 мксек. дуги в поляризованном (б). На волне А = 2 см период 1998—2000 гг. р = 20 мксек. дуги и р = 50 мксек. дуги (в). Структура контрджета в увеличенном масштабе эпоха 30.10.1998 г. (г).
0.5 0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 0.5 0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 0.5
-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-Г"
-1999 Арг 29
-0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 0.5 0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 Относительное прямое восхождение, мсек. дуги
Рис. 1а. (Продолжение.) ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 39 № 8 2013
0.5 0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 0.5
-0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5
г—Г I_I_I_I_1_
1.0 -1.5 -2.0 -2.5 0.5 0 -0.5 -1.0 Отно
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.