УДК 524.527-77
СТРУКТУРА МЕТАНОЛЬНЫХ МАЗЕРОВ I КЛАССА
OMC-2 И NGC 2264
© 2009 г. В. И. Слыш , С. В. Каленский
Астрокосмический центр Учреждения Российской академии наук Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, Москва, Россия Поступила в редакцию 22.10.2008 г.; принята в печать 07.11.2008 г.
Приводятся результаты интерферометрических наблюдений метанольных мазеров I класса OMC-2 и NGC 2264 в линиях 70 — 61A+ на частоте 44 ГГц и 8о — 7iA+ на частоте 95 ГГц. Мазерные пятна распределены вдоль дугообразных линий, изогнутых в сторону инфракрасных источников, являющихся молодыми звездными объектами. Распределения мазерных пятен на 44 и 95 ГГц практически идентичны, а потоки от самых ярких пятен одинаковы. Измеренные размеры мазерных пятен на 44 ГГц в среднем составляют около 50 а.е. Яркостная температура сильнейших компонентов на частоте 44 ГГц составляет 1.7 х 107 K и 3.9 х 107 K для OMC-2 и NGC 2264, соответственно. Предложена простая схема возбуждения метанольных мазеров I класса, позволяющая сделать оценку предельной яркостной температуры излучения. Схема основана только на свойствах молекулы метанола без привлечения физических параметров среды. С ее помощью было показано, что углы раствора излучения для NGC 2264 и OMC-2 не превышают соответственно 3° и 4.5°. Глубина излучающей области составляет около 1000 а.е. Направленность излучения естественным образом реализуется в модели мазера, состоящего из термализованного ядра и тонкой инвертированной оболочки, возможно, с повышенным обилием метанола. Мазерное излучение имеет наибольшую интенсивность в направлении, касательном к оболочке. Размеры излучающей оболочки, оцененные по измеренной глубине и протяженности пятна, составляют х 104 а.е., или 0.15 пк. Эти размеры близки к размерам плотных молекулярных ядер, окружающих молодые звездные объекты IRS 4 в OMC-2 и IRS 1 в NGC 2264.
PACS: 98.38.Er, 98.38.Dq, 95.85.Bh
1. ВВЕДЕНИЕ
Метанольные мазеры, также как мазеры ОН и Н2O, связаны с областями звездообразования и молекулярными облаками. Однако в отличие от мазеров ОН, Н^ и метанольных мазеров II класса, непосредственно примыкающих к молодым звездам и протозвездам на расстоянии порядка нескольких тысяч а.е. от центрального объекта, метанольные мазеры I класса расположены гораздо дальше — вплоть до расстояния порядка ста тысяч а.е. (доли парсека) [1]. Мазерные пятна на изображениях метанольных мазеров I класса, возможно, находятся на переднем фронте биполярных потоков, испускаемых из области звездообразования [2]. Однако более детальное исследование не обнаруживает однозначного соответствия между мазерными пятнами и биполярными потоками [3]. Более того, отсутствует совпадение позиций индивидуальных пятен с облачками свечения молекулярного водорода, которое является результатом нагрева ударной волной, создаваемой биполярным потоком. Отсутствие физических объектов
на месте мазерных пятен привело к созданию модели мазерного излучения, в которой мазеры возникают в протяженных молекулярных облаках с небольшой средней по облаку оптической толщей мазерных переходов. Благодаря наличию в облаке турбулентного поля скоростей в некоторых направлениях градиенты скорости могут случайно оказаться достаточно малыми для возникновения когерентного мазерного усиления. В ненасыщенном режиме усиление зависит экспоненциально от когерентной длины, что приводит к большому контрасту интенсивности и образованию ярких мазерных пятен [4].
Построение карт мазеров, полученных с высоким разрешением, необходимо для сопоставления с изображениями области мазерного излучения в других диапазонах. Наиболее высокое линейное разрешение может быть достигнуто для самых близких мазеров. OMC-2 и NGC 2264 являются одними из самых близких метанольных мазеров I класса. OMC-2 является одним из трех больших молекулярных облаков OMC-1, OMC-2, OMC-3
орионового бара, содержащего большое количество протозвезд, молодых звезд и молекулярных потоков. Источник OMC-2 расположен на расстоянии около 400 пк, вблизи пары инфракрасных источников IRS 4N и IRS 4S [5]. Другой близкий мазер ассоциируется с рассеянным звездным скоплением NGC 2264 и расположен на расстоянии 700 пк, вблизи яркого инфракрасного источника IRS 1 (источник Аллена [6]). В настоящей работе приводятся результаты картографирования этих мазеров в двух линиях метанола на 44 и 95 ГГц и предлагается модель метанольных мазеров I класса.
2. НАБЛЮДЕНИЯ
Картографирование метанольных мазеров OMC-2 и NGC 2264 проводилось в двух переходах: 70 — 6\Л+ на частоте 44.06943 ГГц на антенной решетке VLA NRAO в октябре 1998 г. и 80 — 7iA+ на частоте 95.16944 ГГц на интерферометре BIMA (консорциума университетов Беркли—Иллинойс—Мэриленд) в феврале 1998 г. Синтезированная диаграмма направленности решетки VLA имела размер около 0.15", а интерферометра BIMA на частоте 95 ГГц — 0.5". Спектральное разрешение составляло 0.042 и 0.15 км с-1, на 44 и 95 ГГц, соответственно. Наблюдения мазеров на VLA на частоте 44 ГГц проводились в режиме опорного источника; в качестве опорного источника для OMC-2 использовался компактный калибратор VLA 05392-05433, а для NGC 2264 — калибратор VLA 06571 + 17136. Благодаря этому удалось измерить абсолютные координаты мазеров с точностью порядка 0.01", что значительно выше точности предыдущих измерений абсолютных координат мазеров I класса в различных областях звездообразования [2, 7, 8] и что дает возможность привязать мазерные пятна к картам инфракрасного и субмиллиметрового диапазонов. На решетке BIMA на частоте 95 ГГц определялись только координаты мазерных пятен относительно опорного (самого сильного), что позволяло устранить переменное влияние атмосферы, которое на этой частоте столь велико, что делает невозможным измерение абсолютных координат с помощью опорных источников.
Обработка результатов наблюдений проводилась с помощью пакета программ NRAO AIPS, созданного для интерферометрических измерений. Амплитудная и фазовая калибровка индивидуальных антенн, составляющих решетку VLA, осуществлялась по опорным калибровочным источникам. Благодаря этой калибровке решетка антенн оказывалась сфазированной, и с ее помощью проводилось построение карты мазеров в каждом
Таблица 1. Абсолютные координаты метанольных мазеров и ближайших к ним ярких инфракрасных источников
Объект «(2000) ¿(2000) vlsr, kmc 1
ОМС-2 05h35m27.813s -05°09 '42.77" 11.25
IRS 4S* 05 35 27.5 -05 09 37.6
NGC 2264 06 41 08.840 09 29 32.54 7.24
IRS 1" 06 41 10.17 09 29 33.7
* Координаты взяты из работы [5] ** Координаты взяты из работы [6].
Таблица 2. Характеристики мазерных пятен OMC-2 на частоте 44 ГГц
Пятно Да AS VLSR, km с-1 Поток, Ян
A -1.53" -3.43" 11.94 2.0
В 0.12 0.56 11.55 23.0
С -2.25 -4.39 11.76 1.4
D 0 0 11.26 229
Е 0.04 0.30 11.30 13
F 0.20 0.51 11.13 21
спектральном канале, где присутствовал заметный сигнал. Карта очищалась от вклада боковых лепестков решетки, обусловленных неполным заполнением иУ-плоскости и остаточными ошибками калибровки. Так как наблюдения калибратора и мазера чередовались достаточно часто (каждые 60 с) и калибратор располагался достаточно близко к мазеру, полученные по калибратору значения амплитуд и фаз при переходе с калибратора на мазер изменялись незначительно.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ 3.1. Абсолютные координаты
Измеренные при помощи описанной в предыдущем разделе методики абсолютные координаты сильнейшей спектральной детали приведены в табл. 1.
Там же приведены координаты ближайших ярких инфракрасных источников. Отличие их координат от координат мазеров составило порядка 10", и оно сопоставимо с полной протяженностью мазеров, что свидетельствует о связи метанольных мазеров с молодыми звездными объектами, которыми являются эти инфракрасные источники.
10'' 8 6 4
< 2
0 -2 -4 -6
1 i i
- IRS 4N -к
- IRS 4S £
B, F -
it E
" D
+ A
i + C i i
-2 -4" Да
Рис. 1. Карта метанольного мазера OMC-2 в линии 70—6iA+ на частоте 44 ГГц. Звездочками обозначены ИК-источники IRS 4N и IRS 4S.
компонентов мазера изменяется вдоль линии от 10.75 до 11.9 км с-1. Карта мазера OMC-2 на частоте 95 ГГц подобна карте на частоте 44 ГГц — с таким же изгибом линии расположения пятен в сторону инфракрасного источника IRS 4S. При определении взаимного положения мазеров и инфракрасного источника было принято, что координаты ярчайших деталей на 95 и 44 ГГц совпадают. Положения остальных мазерных пятен на двух частотах различаются не более, чем на 0.2", что меньше ширины диаграммы направленности на частоте 95 ГГц. Таким образом, можно считать, что имеется полное соответствие карт мазера на двух частотах. Потоки сильнейших мазерных компонентов также практически одинаковы — около 200 Ян. Угловые размеры самого яркого мазерного пятна на частоте 44 ГГц составляют 0.23" х 0.027" (92 х 11 а.е.) с позиционным углом большой оси аппроксимирующего эллипса 79°. Другие мазерные пятна имеют аналогичные размеры. На частоте 95 ГГц мазерные пятна не разрешаются диаграммой направленности интерферометра BIMA при этом верхний предел углового размера составляет 0.2".
0
,3.2. Изображения 1. OMC-2
Карты источников мазерного излучения, полученные с угловым разрешением порядка 0.1", представляют собой набор ярких пятен, причем каждое пятно имеет, как правило, свою лучевую скорость. В табл. 2 приведены характеристики отдельных мазерных пятен.
Карта OMC-2 на частоте 44 ГГц показана на рис. 1. На ней видны 3 группы пятен, расположенные вдоль дугообразной линии длиной около 5" и изогнутой в сторону инфракрасного источника IRS 4S. Здесь же расположен источник дальнего инфракрасного излучения на волне 1300 мкм FIR 3 [9], в пределах ошибок и с учетом протяженности источника 24" х 12", совпадающий с метанольным мазером. Мазер расположен между красным и синим крыльями биполярного потока [10, рис. 2] (см. также [11]). Лучевая скорость
Таблица 3. Характеристики мазерных пятен NGC 2264 на частоте 44 ГГц
Пятно Да AS Vlsr, км с-1 Поток, Ян
A -0.84" 5.32" 7.72 3.8
В -0.35 1.39 7.59 83
С 0 0 7.22 330
2. NGC 2264
В табл. 3 приведены параметры мазерных пятен NGC 2264 на частоте 44 ГГц
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.