ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2011, том 37, № 5, с. 333-342
УДК 524.8
СПЕКТРОПОЛЯРИМЕТРИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ АКТИВНЫХ ЯДЕР ГАЛАКТИК НА БТА-6м
© 2011 г. В. Л. Афанасьев1, Н. В. Борисов1, Ю. Н. Гнедин2*, Т. М. Нацвлишвили2, М. Ю. Пиотрович2, С. Д. Булига2
1 Специальная астрофизическая обсерватория РАН, пос. Нижний Архыз 2Главная астрономическая обсерватория РАН, Пулково
Поступила в редакцию 22.03.2010 г. После доработки 16.11.2010 г.
Представлены результаты спектрополяриметрических наблюдений ряда активных галактических ядер (АГЯ), выполненных на 6-м телескопе при помощи фокального редуктора светосилы SCORPIO. Полученные зависимости степени поляризации от длины волны излучения проанализированы с учетом эффекта фарадеевского вращения плоскости поляризации на длине свободного пробега фотона в замагниченном аккреционном диске. В результате, на основе традиционных моделей аккреционных дисков, определены величина и распределение магнитного поля и ряда физических параметров аккрецирующей плазмы в области генерации оптического излучения.
Ключевые слова: спектрополяриметрические наблюдения, активные ядра галактик.
ВВЕДЕНИЕ
Исследование активных галактических ядер (АГЯ) и квазаров является одной из центральных задач современной астрономии. В соответствии с современными представлениями главными объектами АГЯ являются центральная сверхмассивная черная дыра и аккреционный диск вокруг центральной энергетической машины. Аккреционный диск обладает сложной структурой и описанию его структуры посвящено довольно много теоретических работ, начиная с классической работы Шакуры и Сюняева (1973).
Естественно, что решающий вклад в решение данной проблемы принадлежит наблюдениям. Такие наблюдения ведутся как во многих астрономических обсерваториях, так и с помощью космических телескопов. Последние, как правило, ведут наблюдения рентгеновского излучения АГЯ и квазаров.
Среди основных методов наблюдения данных объектов заметная роль принадлежит спектропо-ляриметрии. В САО РАН для этой цели на 6-м телескопе БТА используется фокальный редуктор светосилы SCORPIO (Афанасьев, Моисеев, 2005), который может работать и в режиме спектрополяриметрии . На этом приборе возможно
Электронный адрес: gnedin@gao.spb.ru
измерение линейной и круговой поляризации звездообразных объектов в широком спектральном диапазоне с точностью 0.2—0.3%. Полная квантовая эффективность таких наблюдений может достигать 30%.
Физические условия аккреционных дисков вокруг сверхмассивных черных дыр практически не позволяют применять прямой метод измерения магнитных полей — метод зеемановской спектро-поляриметрии. Поэтому мы применяем при анализе данных спектрополяриметрических наблюдений косвенный метод определения магнитных полей, развитый в работах Гнедина и Силантьева (1997), Гнедина и др. (2006), Долгинова и др. (1995). Идея данного метода состоит в том, что, если учесть эффект фарадеевского поворота на длине свободного пробега фотонов в процессе рассеяния на электронах, то величины степени поляризации и позиционного угла, а также их зависимость от длины волны излучения аккреционного диска полностью определяются распределением, т.е. геометрией магнитного поля внутри аккреционного диска. Величина поляризации оказывается меньше по сравнению с той, которая получена Соболевым (1949) и Чандрасекаром (1950) в результате решения задачи многократного рассеяния света в плоскопараллельной атмосфере. Это отличие связано с эффектом фарадеевской деполяризации излучения при его рассеянии в аккреционном диске. Роль поляриметрических наблюдений сильно
s t*
15 -
W 10 О н о С
5 -
0
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
0.20
1.0 4000 200
4500 5000 5500 6000 6500 7000
180 -
к а а
£'
£
160
140 ^
120 4000
4500 5000 5500 6000 6500 7000
X, А
Рис. 1. Поляризационные измерения 3С 390.3.
возросла в последнее время в связи с тем, что они позволяют сделать решающий выбор между все возрастающим количеством различных моделей аккреционных дисков. Такой рост происходит в связи с увеличением количества численных расчетов ("numerical simulations") структуры таких
аккреционных дисков. В результате применения данной методики будут определены величины магнитных полей в той области аккреционного диска, где генерируется наблюдавшееся излучение АГЯ, а также показатель степенного распределения магнитного поля в самом диске.
Таблица 1. Результаты наблюдений
Объект ту z Тип Дата 2~exp> С Py,% PAV, град n
PG 0007+106 15.2 0.089 Syl 30.11.08 3000 1.02 + 0.38 83 0.15 + 0.25
PG 0026+129 15.3 0.142 QSO 30.11.08 3000 1.07 + 0.28 99 -0.45 + 0.33
PG 0049+171 16.1 0.064 Syl.5 24.09.09 2160 1.42 + 0.31 247 -0.28 + 0.18
PG 0157+001 15.7 0.163 Syl.5 01.12.08 3000 0.78 + 0.28 17 -0.52 + 0.28
PG 0804+761 14.7 0.100 QSO 02.12.08 3000 1.00 + 0.38 83 0.24 + 0.38
PG 0844+349 14.5 0.064 Syl 29.11.08 3000 0.85 + 0.10 243 -1.17 + 0.17
PG 0953+414 15.3 0.234 QSO 03.12.08 3000 0.39 + 0.12 317 0.11 +0.13
PG 1022+519 15.8 0.045 Syl 30.11.08 3000 0.83 + 0.30 259 -2.37 + 0.45
PG 1116+215 14.4 0.177 QSO 29.11.08 3000 0.57 + 0.12 193 -1.26 + 0.13
PG 2112+059 15.9 0.466 QSO 29.11.08 3000 1.04 + 0.21 258 0.45 + 0.17
18.08.09 3600 1.08 + 0.20 243 0.35 + 0.10
PG 2130+099 14.7 0.063 Syl 30.11.08 3000 0.62 + 0.15 53 -0.05 + 0.32
PG 2209+184 15.9 0.070 Syl 24.09.08 3600 0.83 + 0.29 200 -0.75 + 0.21
PG 2214+139 15.1 0.066 Syl 28.11.08 3000 1.58 + 0.18 323 -0.69 + 0.15
PG 2233+134 16.3 0.326 QSO 29.11.08 3000 0.67 + 0.23 253 0.28 + 0.28
ЗС 390.3 15.2 0.056 Syl 29.11.08 3000 2.09 + 0.22 140 -0.57 + 0.22
17.08.09 3600 1.58 + 0.18 146 -0.64 + 0.07
24.09.09 3600 1.80 + 0.24 144 -0.58 + 0.06
РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ НА БТА-6м В СПЕКТРОПОЛЯРИМЕТРИЧЕСКОЙ МОДЕ SCORPIO
Спектрополяриметрические наблюдения выборки АГЯ выполнялись на 6-м телескопе БТА Специальной астрофизической обсерватории РАН в 2008—2009 гг. в течение трех сетов наблюдений. Для наблюдений были отобраны объекты с имеющимися в литературе оценками масс центральных черных дыр Mbh. Наблюдения проводились с помощью фокального редуктора светосилы SCORPIO в режиме спектрополяриметрии, установленном в первичном фокусе. В качестве светопри-емника использовалась матрица ПЗС EEV42—40 формата 2048 х 2048 пикселов с размером пиксела 13.5 х 13.5 мкм, а в качестве диспергирующего элемента — объемная голографическая фазовая решетка VPHG550g из комплекта SCORPIO,
работающая в диапазоне 3500—7200 A. Обратная линейная дисперсия в плоскости светоприемника
составила 1.8 A/пиксел. В спектрографе использовался набор 5 круглых диафрагм диаметром 4.5, расположенных в виде псевдощели с шагом 9.7 сек. дуги. В качестве анализатора поляризации использовалась пластина Савара, установленная за диафрагмами. Центральная диафрагма использовалась для получения спектров объекта в перпендикулярных плоскостях поляризации, а
остальные — для получения спектров ночного неба. Реальное спектральное разрешение наших данных определялось монохроматическим изображением диафрагм и составило 40—42 А. Качество изображений во всех сетах наблюдений было не хуже 2".
Методика наблюдений и вычисления поляризации описана в работе Афанасьева и др. (2005). Для калибровок длин волн и относительного пропускания диафрагм использовались лампа линейчатого спектра с наполнением Аг— Не и кварцевая лампа. Для калибровки спектрополяримет-рического тракта спектрографа наблюдались стандарты из обзора Турншек и др. (1990). Обработка и анализ данных проводился по стандартной методике с использованием специализированных пакетов программ, написанных в среде IDL6.2. Пример типичного представления результатов обработки для одного из наблюдавшихся объектов показан на рис. 1.
Список наблюдавшихся объектов и основные результаты наблюдений представлены в табл. 1, где указаны: название объекта, звездная величина ядра в полосе V(ту), красное смещение г, тип активного ядра, дата наблюдений, время экспозиции Техр, средние значения линейной поляризации Ру и позиционного угла плоскости поляризации Р Ау в полосе V. В последнем столбце таблицы приводится значение показателя степени
Таблица 2. Массы центральных черных дыр и поляризация в континууме
Объект Тип эрг/с (опт.) \„Мж ^ м& Ссылки п Ссылки
РО 0007+106 44.82 о 7о+0.08 ' д-0.10 6 1.02 + 0.38 0.15 + 0.25 1
РО 0026+129 ОБО 45.02 8.5918:2 7 1.07 + 0.28 -0.45 + 0.33 1
РО 0049+171 5у1.5 44.00 6 1.42 + 0.31 -0.28 + 0.18 1
РО 0157+001 5у1.5 44.98 8 17+0-08 6 0.78 + 0.28 -0.52 + 0.28 1
РО 0804+761 ОБО 44.94 о ол+0.05 8-84-0.06 7 1.00 + 0.38 0.24 + 0.38 1
РО 0844+349 Эу1 44.35 7 О7+0-15 7 0.85 + 0.10 -1.17 + 0.17 1
Р О 0953+414 ОБО 45.40 8 42+0'08 6 0.39 + 0.12 0.11 +0.13 1
РО 1022+519 43.70 7 1 г+0.09 6 0.83 + 0.30 -2.37 + 0.45 1
РО 1116+215 ОБО 45.40 8 «+0-08 6 0.57 + 0.12 -1.26 + 0.13 1
РО 2112+059 ОБО 46.18 6 1.06 + 0.21 0.40 + 0.15 1
РО 2130+099 Эу1 44.46 8 66+0'05 7 0.62 + 0.15 -0.05 + 0.32 1
Р О 2209+184 Эу1 44.47 о 77+О.О8 '-0.10 6 0.83 + 0.29 -0.75 + 0.21 1
РО 2214+139 Эу1 44.66 °-оо-0.12 6 1.58 + 0.18 -0.69 + 0.15 1
РО 2233+134 ОБО 45.33 8.041°о:» 6 0.67 + 0.23 0.28 + 0.28 1
ЗС 390.3 Эу1 43.99 8.85100;?? 6 1.80 + 0.22 -0.61+0.15 1
I Ъя 1 Эу1 44.80 7 44+0-09 ' —0.12 6 0.85 + 0.13 -0.85 + 0.28 2
Мгк 509 Эу1 44.28 8 16+0'04 7 0.84 + 0.14 0.66 + 0.35 2
Мгк 573 Эу1 44.40 7 ОО+0.08 1 — 0.10 8 0.98 + 0.24 -2.35 + 0.14 3
Мгк 841 5у1.5 44.29 8 ^2+0'08 — 0.10 6 1.07 + 0.25 0.05 + 0.35 2
N00 3227 5у1.5 42.38 7 0.98 + 0.24 -2.55 + 0.21 4,9
N00 3783 Эу1 43.26 7 47+0-07 — 0.09 7 0.51 +0.14 -0.34 + 0.35 2
N00 4593 Эу1 43.09 Г. 70+0.03 ' —0.09 7 0.34 + 0.13 -3.44 + 0.45 2,9
N00 5548 Эу1 43.51 7 89+0-02 ' -О,3-0.02 7 0.73 + 0.10 -0.81+0.26 5,9
N00 7469 Бу! 43.72 7 0.26 + 0.06 -1.16 + 0.43 2
Примечание. Ссылки: 1 — Данная статья; 2 — Смит и др., 2002; 3 — Нагао и др., 2004; 4 — Аксон и др., 2008; 5 — Гудрич, Миллер, 1994; 6 — Вестергаард, Петерсон, 2006; 7 — Петерсон и др., 2004; 8 — Сатяпал и др., 2005; 9 — Ву, Хан, 2001.
(индекса) п в зависимости степени линейной поляризации от длины волны излучения Р1 (Л) ~ Лп. Ошибка определения п
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.