УДК 524.7-75-77
МНОГОЛЕТНИЙ МОНИТОРИНГ БЛАЗАРОВ АО 0235+164 И S5 0716+714 В ОПТИЧЕСКОМ И РАДИОДИАПАЗОНE
2015 г. В.С.Бычкова1, А. Е. Вольвач2*, Н. С. Кардашев1, М. Г. Ларионов1, В. В. Власюк3, О. И. Спиридонова3, Л. Н. Вольвач2, А. Лахтеенмаки4, М. Торникоски4, М. Ф. Аллер5, Х. Д. Аллер5
1 Астрокосмический центр Физического института им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, Пущино Московской обл., Россия
2Институт прикладной астрономии Российской академии наук, Санкт-Петербург, Россия
3Специальная астрофизическая обсерватория Российской академии наук, Нижний Архыз Карачаево-Черкесской Республики, Россия
4Радиоастрономическая обсерватория Метсахови Университета Аалто,
Хельсинки, Финляндия 5Радиоастрономическая обсерватория Мичиганского университета, Aнн Aрбор, США
Поступила в редакцию 14.01.2015 г.; принята в печать 13.03.2015 г.
На основе многочастотных данных длительного мониторинга активных ядер галактик АО 0235+164 и Б5 0716+714 в оптическом и радиодиапазоне получены характеристики их излучения на масштабах времени от часов до десятков лет. Для нахождения параметров излучения активных ядер галактик и объяснения их физических характеристик применялись структурный и гармонический анализы. С их помощью определены периодические составляющие, связанные с движением компаньонов по орбите в тесной двойной системе из двойных сверхмассивных черных дыр. Оба используемых метода дают согласованные результаты при выделении гармонических составляющих. Полученные данные не противоречат выводам о том, что мы наблюдаем системы, состоящие из двух сверхмассивных черных дыр, находящихся на стадии эволюции, близкой к слиянию. При этом значительное энерговыделение в активных ядрах галактик может определяться динамическими потерями, возникающими при движении компаньона вокруг общего центра тяжести в плотной аккрецирующей среде и при пересечении им аккреционного диска.
DOI: 10.7868/80004629915080010
1. ВВЕДЕНИЕ
Блазары, к семейству которых относятся объекты типа BL Lac и радиоквазары с плоским спектром, активны во всех наблюдаемых диапазонах длин волн. У них наблюдается значительная переменность потока излучения на разных шкалах времени — от десятков лет до часов и минут. Этот тип объектов обнаруживает высокую степень линейной поляризации излучения радиовыбросов (джетов) и видимую яркостную температуру, превышающую комптоновский предел T > 1012 К[1, 2].
Переменность радиогромких активных ядер галактик (АЯГ), особенно блазаров, во всех наблюдаемых спектральных диапазонах и на разных
E-mail: volvach@meta.ua
масштабах времени стала общеизвестным и признанным фактом. В соответствии с принятыми моделями, радиовспышки в АЯГ инициированы ударными волнами в джетах, которые выбрасываются из галактического центра [3—6].
Фундаментальный вопрос, стоящий перед исследователями, связан с механизмом переменности блазаров в разных спектральных диапазонах и на разных масштабах времен, а также локализацией источников энерговыделения на различных длинах волн. В этой связи необходимо исследовать корреляцию нестационарного излучения АЯГ на различных частотах в различных диапазонах длин волн. Такая корреляция исследовалась давно, начиная с 70-х гг. прошлого века [7—11]. В частности, корреляция между радио- и оптическим диапазонами была обнаружена для ряда источников [6, 12, 13].
Благодаря наблюдательным программам многолетнего мониторинга АЯГ появилось много работ по исследованию связи между вспышечными явлениями, происходящими на разных частотах на интервалах времени от месяцев до десятков лет, из которых становится ясным наличие связи между оптической и радиопеременностью, по крайней мере, для некоторых блазаров [11 — 13]. Расчеты генерации ударных волн позволяют предположить существование запаздывания во времени между вспышками при переходе к более длинным волнам электромагнитного спектра [4, 14].
Подтверждение существования корреляции между кривыми блеска в разных частотных полосах важно для выяснения процессов, происходящих во время генерации излучения. В частности, важно выяснить, существует ли однозначная связь между вариациями потока в оптическом и радиоизлучении, которые приписываются единому синхротронному механизму излучения релятивистских электронов в джете.
Проблеме корреляции излучения АЯГ посвящено много исследований, но результаты, полученные для разных источников, не показывают общей закономерности. На коротких шкалах времени в радио- и оптической полосах кривые блеска иногда бывают скоррелированы [15—17]. На более длинных шкалах времени, если корреляция найдена, видна задержка между кривыми блеска в двух разных полосах. При этом изменения потока на высоких частотах обычно бывают больше, чем на низких [11 — 13]. Важно понимать при этом, что характеристики нестационарных явлений, происходящих на разных частотах, несут в себе информацию о структуре АЯГ и процессах, происходящих в джетовой составляющей.
Цель работы заключается в поиске периодичности изменений потоков излучения АЯГ АО 0235+ + 164 и S5 0716+714 в оптическом и радиодиапазоне с использованием независимых методов анализа, а также определение характера переменности этих блазаров на разных шкалах времени. Совместный структурный и гармонический анализ указанных объектов нами был испробован впервые.
2. БЛАЗАР АО 0235+164
Являясь одним из ярчайших АЯГ, этот объект активно исследуется в широком диапазоне длин волн от радио- до гамма-диапазона. Помимо значительного диапазона переменности потока излучения на различных масштабах времени и высокой яркостной температуры, АО 0235+164 имеет компактную структуру и компоненты с видимыми
сверхсветовыми движениями, а также значительную поляризацию радио- и оптического излучения. Возможна интерпретация переменного излучения АО 0235+164 в рамках модели плазменных выбросов — джетов, направленных под небольшим углом к лучу зрения наблюдателя, что объясняет и наблюдаемые в джетах субсветовые движения вещества. Релятивистскими допплеровскими эффектами объясняются предельно высокие яркостные температуры, получаемые по данным интерферо-метрических наблюдений и измерений на одиночных антеннах.
Блазар АО 0235+164 с красным смещением г = = 0.94 был отнесен к разряду лацертид в 1975 г. Спинрадом и Смитом [18]. Многочисленные наблюдения за последние десятилетия обнаружили высокую переменность на всех шкалах времени и во всех спектральных диапазонах [19, 20]. Это один из немногих блазаров, у которых обнаружена необычайно высокая линейная поляризация, зафиксированная в V-полосе (до 40%) и в ИК-полосе (до 36.4%) [21—24]. На основе данных в радио- и оптическом диапазонах, полученных с 1975 по 2000 гг., Райтери и др. [11] определили период переменности потока излучения, равный 5.7 года. По другим оценкам вариации кривой блеска блазара в оптическом диапазоне имеют составляющую в 8 лет [25]. Этот вывод был подтвержден в работе Гупта и др. [24].
Мы рассматриваем материалы длительных мо-ниторингов объекта в широком диапазоне длин волн, с целью выделения переменных составляющих потока излучения и проведения физической интерпретации полученных данных.
3. БЛАЗАР S5 0716+714
Блазар S5 0716+714 был обнаружен при проведении обзора сильных радиоисточников на 100-м Боннском телескопе и в НРАО, и он является ярким представителем АЯГ [26]. Как и в АО 0235+164, в нем отмечена переменность потока излучения в широком диапазоне длин волн на масштабах времени от десятков минут до десятков лет [27, 28]. Обнаруженная в источнике внутрисуточная (IDV) переменность потока излучения свидетельствует в пользу наличия в нем очень компактных областей излучения [29]. Отличительной особенностью IDV-переменности S5 0716+714 является наличие осцилляции потока излучения на масштабах времени в десятки минут [27]. Подобные изменения потока обнаружены также в OJ 287 и 3С 273 [30, 31]. Эти данные служат основанием для предположения о том, что причиной IDV-переменности являются осцилляции, происходящие в аккреционном диске АЯГ.
К сожалению, достоверных данных о расстоянии до источника нет. Известны оценки красного смещения от г = 0.26 до г = 0.52, полученные из оптических данных до ближайших к объекту галактик [16, 32]. Существует также неопределенность в определении угла в между джетом и направлением на наблюдателя [33]. Наблюдаемые высокие яр-костные температуры в источнике, превышающие комптоновский предел 1012 К, приводят к значениям доплер- (5) и лоренц- (7) факторов, равным нескольким десяткам [34—36]. Все оценки 5 и 7 оказываются больше 20 [37].
Корреляция вспышечных явлений в S5 0716+ +714 между различными частотами рассматривалась неоднократно, но она не имеет однозначной интерпретации. В работе [29] был установлен верхний предел задержки между вспышечными явлениями, происшедшими в жестком и мягком рентгеновском диапазонах. Этот предел составил около нескольких сотен секунд. В работе [38] вообще не обнаружено связи между вспышками в радиодиапазоне и оптическом диапазоне длин волн. Если задержка между радио- и оптическим излучением составляет несколько дней, то ее обнаружить крайне сложно. Это связано с тем, что интервал съема данных при длительном мониторинге составляет величину более 5 дней. Подобная ситуация сильно осложняет анализ физических условий в джетовой составляющей источника.
Задержка между вариациями потоков на различных частотах радиодиапазона выявлена в [16], но она оказалась небольшой. Это может указывать на то, что при развитии вспышечных явлений в источнике S5 0716+714 временные задержки между частотами радиодиапазона малы по сравнению с аналогичными задержками, происходящими в других АЯГ. Например, в источнике 3C 454.3 задержки составляют многие месяцы, а не дни [16, 37, 39]. Оптические данные подтверждают этот вывод. В работе [40] показано, что задержка вспышек между В- и I-полосами составляет величину менее 10 мин.
Высокая вспышечная активность в S5 0716+ +714 приводит к тому, что в объекте отмечен интервал между выбросами компонентов в джете, равный 0.7 года [39]. По данным интерферомет-рических наблюдений со сверхдлинными базами в источ
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.