АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2010, том 87, № 5, с. 444-461
УДК 524.336-355.3
ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ ОКОЛОЗВЕЗДНЫХ
МАЗЕРОВ OH
© 2010 г. Г. М. Рудницкий1, М.И.Пащенко1, П. Колом2
1Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия 2Медонская обсерватория, Медон, Франция Поступила в редакцию 12.08.2009 г.; принята в печать 19.10.2009 г.
Представлены результаты наблюдений околозвездных мазеров ОН в линиях на волне 18 см. Наблюдения выполнены на радиотелескопе Радиоастрономической обсерватории Нансэ (Франция). В 2007—2009 гг. наблюдалось 70 звезд поздних классов (в том числе переменных типа Миры Кита и полуправильных переменных). У 53 из них зарегистрировано излучение хотя бы в одной из трех линий ОН 1612, 1665 или 1667 МГц. Измерялась круговая и линейная поляризация мазерного излучения, что позволяло определять четыре параметра Стокса. Поляризованные эмиссионные детали обнаружены в спектрах линий ОН 41 звезды. Приводится сводка всех выполненных наблюдений. Обсуждаются результаты, полученные для звезд Т Ьер, Н ЬМ1 и Н Сй. Излучение Т Ьер в линиях ОН 1665 и 1667 МГц наблюдалось впервые. В профилях линий ОН всех трех звезд выявлены особенности, вероятно, связанные с зеемановским расщеплением линий. Получены оценки напряженности магнитного поля в мазерных источниках (0.46—2.32 мГс). Отмечена переменность поляризационных характеристик мазерного излучения звезд на временных интервалах в несколько месяцев.
1. ВВЕДЕНИЕ
В работе исследуется поляризация мазерного излучения в линиях гидроксила OH на волне 18 см околозвездных оболочек звезд поздних спектральных классов, в том числе долгопериодических переменных звезд типа Миры Кита и полуправильных переменных [1]. Мазеры OH в оболочках поздних звезд могут принадлежать к одному из двух классов — I (наиболее сильное излучение в главных линиях OH 1665 и 1667 МГц) или IIb (сателлитная линия OH 1612 МГц имеет интенсивность не меньшую, а иногда и значительно большую, чем главные линии). Источников класса IIa c наиболее сильным излучением в другой сателлитной линии 1720 МГц среди звезд поздних классов нет. Этот тип излучения характерен только для остатков вспышек сверхновых (W28, W44, Cas A и др.).
Молекула гидроксила OH, распространенная в космических условиях, обладает большим магнитным моментом. Поэтому наблюдаемый спектр линий OH сильно подвержен воздействию магнитного поля. Это воздействие проявляется в расщеплении линий OH на зеемановские компоненты, сильно поляризованные. Часто степень поляризации отдельных компонентов профилей линии OH достигает 100%. При этом "чистый" зеемановский профиль с п- и а±-компонентами почти никогда не
наблюдается. Часто встречаются одиночные спектральные компоненты с левой или правой круговой поляризацией. Степень поляризации бывает высока и достигает в отдельных случаях 100%. Поляризация и в этом случае может иметь зеема-новскую природу. Как показали Кук [2] и Шкловский [3], в процессе распространения излучения одна ^-компонента может вытеснять другую за счет неустойчивости мазерного луча.
На рис. 1 представлена зеемановская структура линий основного состояния молекулы гидроксила ОН. Слева даны графики для случая магнитного поля, параллельного лучу зрения, справа — для поля, перпендикулярного лучу зрения; НС — правая круговая поляризация, ЬС — левая круговая. Цифры над компонентами — относительные интенсивности; цифры под компонентами — величины сдвига компонента по частоте в единицах gJц0/Н = 1.31 МГц/Гсд — фактор Ланде, равный 0.935 для основного вращательного состояния ОН 2Пз/2, ] = 3/2; ц,0 — магнетон Бора; Н — постоянная Планка). В табл. 1 даны величины расщепления для линий основного состояния молекулы ОН. Подробно структура зеемановского расщепления линий ОН обсуждается в [4, 5].
Особенно сильно поляризованные эмиссионные детали наблюдаются в линиях излучения мазеров ОН в областях звездообразования: W3(OH),
Круговая поляризация - RC
----LC
о
2
5
"4
о
2
4 о
2
т
5
-4
0 п
о о
12 12
3
41
3- i о i з
-4 4 4 4
о
2
о
2
5 4
2
J
5 4
Линейная поляризация
1665 МГц
1667 МГц
1612 МГц 1720 МГц
-параллельно полю
----перпендикулярно полю
п
2
5
-4
о
п
2
_з о з
4- 4
о опопопо
6 6
6 6
о
1 1
1 т
о
-5--4--
о
5 3210 12 3 5
4 444 444 4
1
0
о
8
6
6
3
3
1
Рис. 1. Компоненты зеемановского расщепления для переходов между подуровнями сверхтонкой структуры Л-удвоения основного состояния молекулы ОН 2П3/2 (J = 3/2). КС — правая круговая поляризация, ЬС — левая круговая поляризация.
Оп А, W49N, W75N и др. Мазерное излучение ОН переменных звезд поздних классов не столь сильно поляризовано, хотя и среди этого класса мазеров встречаются интересные примеры. Обычно наблюдается круговая поляризация, лишь в 10% объектов обнаруживается также и линейная поляризация. Поляризация деталей в профилях линий ОН свидетельствует о наличии достаточно сильных магнитных полей с напряженностью порядка нескольких миллигаусс. Если удается обнаружить детали, образующие зеемановские пары с противоположными направлениями круговой поляризации, то это позволяет оценить величину магнитного поля в источнике. Структура профиля мазерных линий ОН в долгопериодических переменных звездах, как правило, достаточно проста. Присутствуют изолированные эмиссионные детали, не перекрывающиеся с соседними деталями. Это упрощает выявление возможных зеемановских пар. Повторные поляризационные наблюдения одних и тех же звезд могут выявить их возможные циклы магнитной активности.
Впервые подробную поляриметрию 7 мазеров ОН в звездах поздних классов выполнили на 305-м радиотелескопе в Аресибо в ноябре 1981 г. Клаус-сен и Фикс [6]. Они наблюдали переменные звез-
ды типа Миры Кита UX Cyg, WX Psc, IK Tau, U Ori, R LMi, R Leo и U Her, а также сверхгигант класса F8 IRC+10420. Измерялись все параметры Стокса. Заметная поляризация, как круговая, так и линейная, была обнаружена у звезд UX Cyg, U Ori и IRC+10420. Сделан вывод о том, что линейная поляризация излучения околозвездных мазеров OH встречается реже, чем круговая. У
Таблица 1. Зеемановские расщепления для переходов между подуровнями сверхтонкой структуры Л-удвоения основного состояния молекулы ОН 2П3/2 ^ = 3/2, а-компоненты) по данным [4]
Переход Частота, МГц Зеемановское расщепление LC—RC
кГц/мГс км/с мГс
F = 1 2 1612.2310 1.308 0.236
F = 1 1 1665.4018 3.270 0.590
F = 2 2 1667.3590 1.964 0.354
F = 2 1 1720.5300 1.308 0.236
IRC+10420 в профиле круговой поляризации было впервые обнаружено зеемановское расщепление.
Поляризацию излучения звездных мазеров OH исследовали также Укита и Ле Скерен [7], наблюдавшие почти одновременно с Клауссеном и Фиксом [6] выборку поздних звезд на радиотелескопе в Нансэ в ноябре 1981 г. и январе 1982 г. Поляризационные профили, измеренные Укитой и Ле Скерен, не были полными; они включали в себя только пару линейных поляризаций (вертикальная и горизонтальная), либо пару круговых поляризаций (левая и правая). Были найдены поляризованные детали в спектрах линий OH у звезд EY And, IRC—10529 (V1300 Aql) и IRC+70012 (V524 Cas). Все 3 звезды классифицированы в "Общем каталоге переменных звезд" (ОКПЗ) [8] как мириды.
В дальнейшем поляризационные наблюдения околозвездных мазеров проводили на радиотелескопе в Нансэ Шимчак и Ле Скерен [9], Шимчак и др. [10, 11], Этока и др. [12]. Шимчак и др. [11] исследовали переменность поляризации мазерного излучения в главных линиях OH 1667 и 1665 МГц у трех полуправильных переменных звезд (W Hya, RT Vir и R Crt) за период 1982-1995 гг.
Шимчак и др. [13, 14] провели поляризационные интерферометрические наблюдения в главных линиях OH 1665 и 1667 МГц двух полуправильных переменных звезд (W Hya, R Crt) на системе MERLIN. Угловое разрешение составляло 0.17". Исследование полной картины поляризации в четырех параметрах Стокса (I, Q, U и V) позволило определить структуру магнитного поля в околозвездной оболочке и его напряженность. В W Hya напряженность поля, найденная по зеемановско-му расщеплению линии 1667 МГц, ^0.6 мГс. У R Crt найдены различия в свойствах поляризации для деталей на отрицательных лучевых скоростях относительно скорости звезды (V < V*, "синие", "blueshifted") и на положительных скоростях (V > > V*, "красные", "redshifted"); первые образуются на ближней к наблюдателю стороне расширяющейся околозвездной оболочки, вторые — на дальней. Излучение "синих" деталей имеет преимущественно линейную поляризацию, "красных" — круговую. Объяснение состоит в том, что излучение "красных" деталей проходит по пути к наблюдателю через внутренние области околозвездной оболочки, где электронная плотность повышена. Линейная поляризация при этом уменьшается за счет деполяризации эффектом Фарадея, в том время как круговая может усиливаться. "Синие" детали этому эффекту не подвержены. У R Crt имеются признаки осесимметричного расширения околозвездной оболочки. Вероятно, это указывает на роль магнитного поля в определении направления
преимущественной потери массы звездой вдоль оси магнитного диполя.
В наших наблюдениях 2007—2009 гг. измерялась полная картина поляризации излучения мазеров OH (четыре направления линейной поляризации и два направления круговой), что позволяло одновременно определить профили линий во всех четырех параметрах Стокса. Для многих звезд такие наблюдения выполнены впервые.
2. НАБЛЮДЕНИЯ
Наблюдения звезд поздних классов в линиях гидроксила проводились на радиотелескопе Радиоастрономической обсерватории Нансэ (Франция)1 . Телескоп представляет собой двухзеркаль-ный инструмент системы Крауса. Это транзитный телескоп, позволяющий наблюдать радиоисточники вблизи меридиана. Подвижный плоский отражатель размером 200 м х 40 м направляет радиоволны на неподвижное сферическое зеркало размером 300 м х 35 ми радиусом кривизны 560 м, расположенное на расстоянии 460 м. Сферическое зеркало, в свою очередь, фокусирует радиоволны на облучателе вблизи поверхности земли. Облучатель установлен на тележке, перемещаемой по рельсовому пути. Перемещение облучателя дает возможность с
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.