УДК 524.7-77-56
ПЕРЕМЕННОСТЬ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА БЛАЗАРА S5 0716+714 В РАДИОДИАПАЗОНЕ С ХАРАКТЕРНЫМИ ВРЕМЕНАМИ МЕНЬШЕ МЕСЯЦА
© 2011 г. А. Г. Горшков1, А. В. Ипатов2, В. К. Конникова1, В. В. Мардышкин2, М. Г. Мингалиев3, А. М. Финкельштейн2, М. А. Харинов2
1Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия 2 Учреждение Российской академии наук Институт прикладной астрономии РАН, С.-Петербург, Россия
3Учреждение Российской академии наук Специальная астрофизическая обсерватория РАН, Н. Архыз Карачаево-Черкесской Республики, Россия Поступила в редакцию 31.05.2010 г.; принята в печать 01.07.2010 г.
Представлены результаты исследования переменности блазара Б5 0716+714, полученные в результате 150 дневных ежедневных наблюдений на РАТАН-600 на 6 частотах в диапазоне от 0.97 до 21.7 ГГц и 13 суточных сеансов, выполненных на длине волны 6.2 см на радиотелескопах РТ-32 обсерваторий "Зеленчукская", "Светлое"' и "Бадары" комплекса "Квазар-КВО" Учреждения Российской академии наук Института прикладной астрономии РАН. Во время наблюдений на РАТАН-600 обнаружены три "антивспышки", или затмения, когда плотность потока уменьшается от исходного постоянного уровня и затем возвращается к этому уровню. Характерные времена затмений, полученные из анализа кривых блеска, структурных и автокорреляционных функций, равны 12—20 дням; определен их спектр. На радиотелескопах РТ-32 в трех сеансах обнаружена внутрисуточная переменность (ГОУ) с характерными временами 10—12 ч.
1. ВВЕДЕНИЕ
Радиоисточник S5 0716+714 (в дальнейшем мы будем обозначать его как J0721+7120) принадлежит к яркой (ббггц > 1 Ян) подвыборке источников с плоскими спектрами (а > —0.5, Sv ~ Va) S5-каталога [1]. J0721+7120 отождествлен с ярким оптическим объектом (12т) с континуальным спектром, поэтому его красное смещение непосредственно не удалось измерить. В [2] сообщается об обнаружении родительской галактики, красное смещение которой оценено как z = 0.31, что близко к диапазону значений z = 0.249—0.264 [3] для трех галактик, расположенных на расстоянии менее 1' от J0721+7120.
Поскольку в оптическом спектре доминирует нетепловая компонента, то естественно предположить, что спектр сформирован излучением джета, ориентированного практически вдоль луча зрения [4, 5]. В [6] на основе результатов VLBI-наблюдений получена верхняя оценка угла зрения между наблюдателем и джетом в < 2°. Исходя из временных задержек в развитии вспышек в [7] получена величина гамма-фактора y = 45—50 и в и 1/y2 = 1°—1.5°.
Такая ориентация джета приводит к тому, что относительная амплитуда переменности этого объекта является одной из самых больших среди всего класса активных ядер галактик (АЯГ) и обнаруживается во всех диапазонах — от радио- до гамма. Характерные времена переменности лежат тоже в широком временном диапазоне — от долей часа (внутрисуточная переменность — IDV) до месяцев [7, 8]. Кроме того, в радио- и оптическом диапазонах источник J0721+7120 показывает сильную переменность степени поляризации на тех же временных масштабах.
Такие характеристики переменности, наряду с континуальным спектром, позволили позиционировать источник J0721+7120 как объект типа BL Lac.
В гамма-диапазоне J0721+7120 — самый яркий объект среди всех источников типа BL Lac [9]. В [10] отмечается возможность корреляции между сверхвысокоэнергичным (VHE) гамма- и оптическим излучениями.
В рентгеновском диапазоне отмечена переменность на различных временных шкалах, в частности, на масштабах 500—600 с [8]. Там же отме-
чается соответствие между рентгеновским и оптическим излучениями, хотя и не удалось получить значимые кросскорреляционные характеристики. Кривые блеска, показывающие сильную и быструю переменность в диапазоне 0.5—10.0 кэВ и верхний предел задержки между вспышками в жестком и мягком рентгеновском диапазоне, который составляет менее нескольких сотен секунд, получены в [11]. Отмечено существование квазипериодических (циклических) осцилляций с характерным временем около 30 мин [12].
В оптическом диапазоне также наблюдается вспышечная активность на различных временных масштабах. По-видимому, минимальная временна я шкала с характерным временем около 15 мин обнаружена в [13]. Там же сообщается о вариациях с характерным временем в несколько часов. В оптическом диапазоне также существуют циклические вариации, причем одновременно могут существовать циклы с различными временами [8]. В оптическом диапазоне может происходить задержка в развитии вспышек; между B -и I-полосами она составляет около 10 мин [14]. Существует и долговременная периодическая переменность с периодом около 3 лет. В [15] сообщается об обнаружении периода в 1160 дней в B-, V-, R-, I-фильтрах, что близко к полученному в [16] периоду, равному 3.3 года.
В радиодиапазоне переменность представлена на всех временных масштабах от IDV (десятки минут [17], дни [ 18]) до долговременной (годы [19]). В IDV наблюдаются циклические компоненты; как и в оптическом диапазоне одновременно могут существовать циклы с различными временами [8]. В долговременной переменности наблюдается гармоническая компонента с периодом около 4 лет, при этом продолжительность вспышек составляет 100—150 дней [7]. При развитии вспышек в радиодиапазоне обнаружено запаздывание между различными частотами (на более низких частотах процесс развивается позже) [18].
Таковы вкратце свойства переменности источника J0721+7120 от VHE-гамма- до радиодиапазона. Обращает на себя внимание удивительная близость характеристик переменности во всех диапазонах, что свидетельствует о едином механизме излучения.
Наличие IDV предполагает, что во вспышках яркостные температуры значительно превышают комптоновский предел. При внутренней причине возникновения IDV требуется допустить существование допплер-фактора около 5 ~ 20 [18]. А это приходится делать, поскольку коррелированность вариаций в оптическом и радиодиапазоне [4] и спектр этой переменности [18] не позволяют принять гипотезу о внешних причинах феномена (мерцания на турбулентной межзвездной среде (ISS) или микролинзирование).
Сам факт существования IDV с неизбежностью приводит к наличию в радиоисточниках с плоскими спектрами структур с угловыми размерами, не превышающими миллисекунды дуги. Поэтому, кроме внутренней переменности, должна присутствовать и переменность, вызванная ISS. Ее существование приводит к отсутствию в ряде случаев коррелированных IDV в разных диапазонах.
В J0721+7120, по-видимому, доминирует внутренняя переменность, а вызываемая ISS более редкая и слабая.
Целью наших исследований было изучение переменности J0721+7120 в широком диапазоне частот от 21.7 до 2.3 ГГц на временных масштабах от нескольких часов до десятков дней. Для этого были проведены в течение 150 дней ежедневные наблюдения на радиотелескопе РАТАН-600. Для исследования IDV проводились суточные сеансы наблюдений на трех телескопах ИПА РАН на длине волны 6.2 см.
2. НАБЛЮДЕНИЯ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
2.1. РАТАН-600
Наблюдения радиоисточника J0721+7120 проводились ежедневно на Южном секторе РАТАН-600 в нижней кульминации с 14 мая по 15 октября 2009 г. одновременно на частотах 2.3, 4.85, 7.7, 11.1 и 21.7 ГГц.
Для обработки наблюдений использовался пакет программ, позволяющий получать как плотность потока индивидуального наблюдения источника, так и среднюю плотность потока за любой интервал внутри цикла наблюдений. В основу обработки положена оптимальная фильтрация исходных данных, подробно методика описана в [20, 21].
В качестве источника сравнения использовался источник J0701+6951 со степенным спектром, и для него приняты плотности потока 1175, 628, 426, 314 и 180 мЯн на частотах 2.3, 4.85, 7.7, 11.1 и 21.7 ГГц, соответственно.
2.2. Радиотелескопы РТ-32 ИПА РАН
Все наблюдения по исследованию внутрисуточ-ной переменности J0721+7120 были выполнены на длине волны 6.2 см на радиотелескопах РТ-32 обсерваторий "Зеленчукская", "Светлое" и "Бада-ры" комплекса "Квазар-КВО" Учреждения Российской академии наук Института прикладной астрономии РАН (ИПА РАН).
Наблюдения проводились в режиме "плавного" сканирования по углу места [22], в процессе которого антенна сопровождает источник по азимуту и производит сканирование по углу места. Для
накопления цикл повторяется необходимое количество раз, в дальнейшем N циклов накопления опорного или исследуемого источника называется сеансом. В течение года было проведено 13 успешных суточных сеансов.
Опорный источник выбран тем же, что и при наблюдении на РАТАН-600.
Подробно методика наблюдений и обработки приведена в [23].
3. ПОИСК ПЕРЕМЕННОСТИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕЕ ПАРАМЕТРОВ
Поиск и исследование параметров переменности на масштабах от нескольких дней до нескольких недель из полученных рядов наблюдений проводилось в несколько этапов.
Вначале проводилась фильтрация измеренных плотностей потоков испорченных всякого рода помехами (погодными условиями или техногенными помехами) с использованием критерия Фишера. Считалось, что все записи должны принадлежать одной генеральной совокупности, поэтому находилось максимальное количество записей, удовлетворяющее критерию Фишера с 1%-уровнем значимости. При дальнейшем анализе использовались только плотности потока, отобранные по критерию Фишера во всем цикле измерений.
Затем была убрана долговременная переменность с характерными временами больше, чем длительность наблюдений. Эта переменность проявляется в виде трендов различного характера, которые аппроксимировались полиномом второй степени и устранялись из исходных записей.
На всех наблюдаемых частотах определялся средний поток источника в течение всего цикла наблюдений или выделенного временно)го интервала.
Затем рассчитывалось значение нормированной величины X2 для цикла (или части цикла) наблюдений для числа степеней свободы п — 1, где п — число наблюдений в течение рассматриваемого интервала:
X2 = (п — 1)-1ЩБг — < Б >)/АБг)2,
где Бг и АБг — соответственно средняя плотность потока и ее ошибка в ьтом наблюдении рассматриваемого временного интервала, (Б) — средняя плотность потока в
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.