Змінність широких емісійних ліній в активних ядрах галактик

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна академія наук України

Головна астрономічна обсерваторія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

Змінність широких емісійних ліній в активних ядрах галактик

Сергєєв Сергій Геннадійович

Спеціальність 01.03.02 - астрофізика, радіоастрономія

УДК 512-7

Київ-1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Кримській Астрофізичній Обсерваторії Міністерства України у справах науки та технологій.

Науковий керівник:

кандидат фіз.-мат. наук, старший науковий співробітник,

ПРОНИК ВОЛОДИМИР ІВАНОВИЧ,

Кримська Астрофізична Обсерваторія,

провідний науковий співробітник.

Офіційні опоненти:

доктор фіз.-мат. наук, старший науковий співробітник,

ІЗОТОВ ЮРІЙ ІВАНОВИЧ,

Головна Астрономічна Обсерваторія НАН України,

завідувач лабораторією;

кандидат фіз.-мат. наук, старший науковий співробітник,

ГОЛОВАТИЙ ВОЛОДИМИР ВОЛОДИМИРОВИЧ,

Львівський державний університет ім. Івана Франка,

доцент кафедри астрофізики.

Провідна установа:

Фізичний інститут ім. Лєбєдева, Російська Академія наук,

Астрокосмічний центр, м. Москва.

Захист відбудеться: “22” квітня 1999р. на засіданні Спеціалізованої Вченої Ради Д 26.208.01 при Головній Астрономічній Обсерваторії Національної Академії Наук України, (252127, м. Київ, Голосіїв). Початок засідань о “10” годині.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Головної Астрономічної Обсерваторії НАНУ.

Автореферат розісланий “20” березня 1999р.

Вчений секретар Спеціалізованої Вченої Ради

кандидат фіз.-мат. наук Гусєва Н.Г.

Вступ

Сейфертівські галактики були виділені в окремий тип, як об'єкти, що мають широкі емісійні лінії в спектрі. Однак, великий науковий інтерес вони привернули тільки після того, як була виявлена їх змінність і після відкриття споріднених їм об'єктів більш високої світимості - квазарів. Зараз під галактиками з активними ядрами (АЯГ) розуміють Сейфертівcькі та радіо галактики. Вони мають зоряноподібне ядро з болометричною світимістю 10⁴⁴ - 10⁴⁵ ергсек ^-1, яка порівняна зі світимістю всієї галактики. Потік від ядра змінюється на масштабах часу від кількох років до декількох годин. Це центральне джерело (ЦДж), яке виділяє величезну кількість енергії в дуже невеликому об'ємі, є найбільш загадковим феноменом АЯГ. В даний час найбільш поширеним є погляд на ЦДж як на компактне тіло (чорна діра) з масою 10⁶ - 10⁹ M, акреційний диск якого дозволяє пояснити високу ефективність енерговиділення.

Область висвічування широких емісійних ліній (ШЕЛ) безпосередньо примикає до ЦДж. Ширини ліній 3 10³ -10⁴ км сек^-1 свідчать про наявність високих швидкостей руху газу в цій області. В багатьох теоретичних дослідженнях показано, що спостережувані відношення інтенсивностей широких емісійних ліній можна пояснити випромінюванням окремих щільних (n_e 10⁹- 10¹⁰,см^-3) фрагментів газу, хмар, що освітлюються ЦДж. Кінематика хмар, однак, і нині залишається незрозумілою. Як показують спостереження, є кореляція між змінами потоку в континуумі та з часом проходження світла до цих областей. Аналізуючи світлові криві континууму та широких ліній, можна при деяких початкових припущеннях визначити розмір та поле швидкостей області ШЕЛ. На цьому і базується так званий метод ревербераційного картування. Як правило, вважається, що лінія лінійно або, в крайньому разі, однозначно відгукується на зміни потоку в континуумі. Були, однак, помічені випадки неадекватного відгуку ліній на окремі події в континуумі, а метод ревербераційного картування критикувався в тому відношенні, що якісь припущення, покладені в його основу, не завжди виконуються.

Актуальність роботи.

Визначення часу запізнення широких емісійних ліній є актуальним, оскільки (характеризує один з найважливіших параметрів області ШЕЛ- її розмір. Знання розміру цієї області дає можливість оцінити масу центральної чорної діри, а маючи такі оцінки для різних об'єктів, отримати залежність маса-світимість для АЯГ. До недавнього часу розмір області ШЕЛ був відомий, як правило, дуже ненадійно тільки для декількох АЯГ. В даний час, в результаті як міжнародної кооперації, так і зусиль окремих обсерваторій (в тому числі КрАО) цей розмір відомий для більш ніж 20 об'єктів, і це число безперервно зростає.

Однак, на шляху визначення розміру і відтворення кінематики області ШЕЛ є труднощі принципового характеру, оскільки форма профілей широких ліній і передаточна функція, що характеризує зв'язок між змінами в лініях і континуумі, міняються з часом. Дослідження взаємозв'язку лінія-континуум, його еволюція, а також еволюція форми профілів широких емісійних ліній в АЯГ важливе для розуміння структури області ШЕЛ і фізичних процесів, що проходять в центральному джерелі, а також для встановлення меж застосування методу ревербераційного картування.

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконана відповідно з науковим планом Кримської Астрофізичної Обсерваторії в рамках наукової теми «Галактика» лабораторії фізики зірок та галактик. Спектральні спостереження деяких АЯГ проводились згідно з міжнародною програмою слідкування за АЯГ, яку очолює професор Б. Петерсон (університет штату Огайо, США).

Мета роботи.

Метою роботи є:

Вдосконалення методики спостережень та обробки даних з метою максимального підвищення точності визначення потоків в лініях та континуумі досліджуваних АЯГ.

Накопичення тривалих рядів спостережень, які дозволять детально досліджувати змінність широких емісійних ліній в вибраних АЯГ на протязі ряду років.

Визначення розмірів області ШЕЛ окремих АЯГ, для яких наявні найбільш щільні в часі ряди спектральних спостережень.

Дослідження зв'язку між змінами в континуумі та відгуком на ці зміни широких емісійних ліній, з використанням найбільш протяжних в часі світлових кривих ліній H, H та оптичного континууму, а також дослідження еволюції форми профілів цих ліній.

Пошуки причин нестаціонарності зв'язку лінія-континуум і еволюції форми профілів широких ліній на часових шкалах рівних місяцям.

Наукова новизна.

Вперше або незалежно зроблені оцінки часу запізнення лінії H і/або H в 6-ти АЯГ. В даний час такі оцінки є в наявності для приблизно 20-ти АЯГ, включаючи шість вищезгаданих. Зокрема, вперше, і з високою точністю, оцінено час запізнення ліній H і H в Mrk 6.

Для ряду АЯГ отримано великий об'єм матеріалу спостережень, що охоплює тривалий період часу.

Запропоновано самоузгоджений метод корекції спостережуваних потоків в лініях та континуумі за якість зображення.

Розвинуто принципово нові способи декомпозиції сукупності спостережуваних спектрів, основані на різному характері змінності окремих спектральних компонент.

Відкрито невідомі раніше змінні лінії поглинання гелію (He І 4471,7065), що належать ядру NGC 4151.

Запропоновано нові механізми порушення зв'язку лінія-континуум і еволюції профілів широких емісійних ліній.

Для ряду об'єктів (8 АЯГ), які спостерігались на протязі 4-8 років, виявлено порушення взаємозв'язку лінія-континуум та просліджено еволюцію профілів широких емісійних ліній.

На захист виносяться:

Більше 1000 каліброваних по потоку, високої якості ПЗЗ спектрів вибраних АЯГ, отриманих в КрАО на 2.6-м телескопі ім. Шайна, що зволяють детально досліджувати зміни, які відбуваються в цих спектрах на протязі від декількох років до майже десятка років.

Розроблені методи та програмне забезпечення обробки і аналізу спектрів АЯГ: самоузгоджений метод корекції потоків в лініях і континуумі за якість зображення і метод декомпозиції спектрів, що базується на характері змінності і не вимагає ніякої апріорної інформації про форму профілів окремих компонент.

Виміряні абсолютні значення потоків в деяких вузьких лініях досліджуваних АЯГ.

Вперше зроблена оцінка розміру області ШЕЛ в Mrk6 та оцінки розміру цієї області для п'яти інших АЯГ.

Доказ нестаціонарності зв'язку лінія-континуум як типового для АЯГ явища, не пов'язаного з просторовим перерозподілом випромінюючого газу.

Доказ еволюції форми профілю широких емісійних ліній як типового для АЯГ явища, яке часто відбувається на часових масштабах набагато менших динамічного часу.

Розробка концепції сукупності незалежних спалахів, форма спектру яких залежить від їх тривалості, як одного з механізмів, що приводить до нестаціонарності зв'язку лінія-континуум.

Практичне значення роботи.

Розроблене програмне забезпечення нині є основним інструментом первинної обробки одномірних спектрів в Кримській Астрофізичній Обсерваторії.

Приведений в роботі метод декомпозиції спектрів може бути використаний в ряді задач, де необхідно виділити складові спектра, які міняються різним чином.

Вимірювання абсолютного потоку в деяких вузьких лініях різних АЯГ можуть використовуватись для абсолютного калібрування спектрів цих об'єктів за вузькими лініями.

Опубліковані світлові криві деяких широких ліній та оптичного континууму NGC 4151, NGC 5548, Mrk 6, NGC 7469, Mrk 509, 3C 390.3 можуть бути корисні для тих, хто займається дослідженням цих об об'єктів.

Зроблено значний внесок в міжнародні програми спостережень NGC 5548, NGC 7469 та 3C 390.3, які дозволили прослідити зміни в спектрах цих об'єктів з хорошим часовим розділенням і оцінити розмір області ШЕЛ цих об'єктів.

Оцінки розміру області ШЕЛ потрібні для розуміння фізики цієї області та центрального джерела. Знаючи розмір ШЕЛ для ряду об'єктів можна, наприклад, отримати залежність маса-світимість для АЯГ.

Досліджені порушення залежності лінія-континуум і еволюції форми профілів широких емісійних ліній накладають суттєві обмеження на застосування метода ревербераційного картування в АЯГ.

Розвиток поглядів на змінність АЯГ як суперпозицію незалежних спалахів різної тривалості, кольору та ступеня анізотропії, якщо вона в подальшому підтвердиться, має першочергове значення для розуміння процесів, що відбуваються в центральній машині.

Особистий вклад здобувача.

Приймав участь в спектральному моніторингу деяких АЯГ з використанням ПЗЗ. Більша частина отриманих ПЗЗ спектрів була оброблена автором. Вніс основний внесок в розвиток методики спостережень і програмного забезпечення для обробки і аналізу спектрів. Автору належить рівна з співавторами участь в інтерпретації даних спостережень. В роботі [2] суттєва допомога автору була надана науковим керівником. Роботи [1,3, 4], починаючи з постановки задачі, повністю виконані автором. В роботах [8, 10] внесок автора був основним. Частина роботи [6], яка стосується декомпозиції спектрів, виконана головним чином Ю.Ф. Мальковим. В інших роботах вклад автора був суттєвим, але не головним.

Апробація роботи.

Основні результати роботи доповідались на семінарах в Кримській Астрофізичній Обсерваторії (КрАО) та на різноманітних конференціях з проблем АЯГ та позагалактичної астрономії: конференція з активних ядер галактик (Алма-Ата, 1988); конференція з активних ядер галактик (КрАО, Кацивелі, 1990); конференція з активних ядер галактик (КрАО, Научний, 1992); конференція з активних ядер галактик (КрАО, Научний, 1994); The Tenth Rutherford Appleton Laboratory Workshop on Astronomy and Astrophysіcs, entіtled ``Reverberatіon Mappіng of the Broad-Lіne Regіon іn Actіve Galactіc Nucleі'' (Abіngdon, Great Brіtaіn, 1994); З'їзд Української Астрономічної Асоціації, Голосіїв 1996; romannum{14} та romannum{15} конференції ``Актуальні проблеми позагалактичної астрономії'', Пущінська Радіоастрономічна Обсерваторія ФІАН (Пущіно, 1997 та 1998).

1. Зміст дисертації

галактика активний ядро емісійний лінія

Робота складається з вступу, 5 глав та висновків. Загальний обсяг дисертації складає 175 сторінки, включаючи 70 малюнків, 10 таблиць та список цитованої літератури з 134 найменувань.

У вступі описано сучасний стан проблеми досліджень АЯГ, подано постановку задачі, обґрунтовано актуальність роботи та перелічені основні результати, які виносяться на захист.

В першій главі обговорюються мета та задачі спектрального моніторингу АЯГ. Описується методика спостережень та апаратура, що використовується. Детально аналізуються апаратурні і атмосферні ефекти, приводяться оцінки ступеня їх впливу на отримувані спектри і методи корекції.

В другій главі описується схема первинної обробки спектрів. Приводяться розвинуті методи подальшого аналізу даних: розрахунок світлових кривих, крос-кореляційної функції, передаточної функції, структурної функції, корекція за якість зображення, розділ спектра на компоненти, способи оцінок помилок вимірювань і т.п. В загальних рисах приводиться ідеологія програмного забезпечення.

В третій главі приведено основні результати спектрального моніторингу АЯГ в Кримській Астрофізичній Обсерваторії (КрАО). Ця глава складається з 8 частин, кожна з яких присвячена одному з досліджуваних об'єктів: NGC 4151, Mrk 6, NGC 5548, NGC 7469, 3C 390.3, Akn 120, Mrk 509 и Arp 102B. Для кожного з об'єктів описуються способи калібрування за потоком в вузьких лініях та розрахунку світлових кривих. Оцінюються помилки вимірювань і вплив якості зображення та позиційного кута щілини спектрографа на точність вимірювань. Приводяться вимірювання абсолютного потоку в деяких вузьких лініях. Розглядаються залежності лінія - континуум та залежності між потоками в різних ділянках профілю ліній H і/або H шириною 10-50 Е. Оцінюється час, на протязі якого проходять помітні порушення, тобто значні зміни залежностей, що розглядаються. Для деяких об'єктів робляться оцінки часу запізнення інтегрального потоку в широких лініях H і/або H, а також окремих ділянок їх профілів. В деяких випадках, розглядається вплив оптичних мультиплетів Fe ІІ на досліджувані профілі широких Бальмерівських ліній і калібрування спектрів по лінії [OІІІ] 5007. Дещо детальніше приводиться матеріал, що стосується ядра галактики NGC 4151, для якої отримано найбільша кількість матеріалу спостережень. Крім всього сказаного вище, тут порівнюється поведінка лінії He II 4686 та Бальмерівських ліній, а також розглядається поведінка абсорбційних ліній та їх вплив на форми профілів широких ліній.

Слід відзначити зроблені вперше або незалежні оцінки часу запізнення змін в широких емісійних лініях H і/або H відносно змін оптичного континууму для шести АЯГ, що характеризують розмір області ШЕЛ цих об'єктів.

На великій кількості прикладів показано, що мають місце постійні порушення залежності лінія - континуум, які відбуваються на часових масштабах явно менших динамічного часу та часто мають характер локально лінійних ``послідовностей''. У випадку NGC 4151 знайдено, що моменти розділення на послідовності одинакові для ліній. H, H та He ІІ 4686, але характер розділення і ступінь зміни нахилу окремих послідовностей у лінії HeІІ 4686 суттєво інші, ніж у Бальмерівських ліній.

Показано, що форма профілів широких ліній всіх досліджуваних в даній роботі АЯГ еволюціонує. Залежність між потоками в різних ділянках контуру лінії часто має вигляд ``послідовностей'', причому для декількох об'єктів час, за який відбувається перехід з однієї послідовності на іншу, порівняний за порядком величини з часом запізнення, що виключає динамічну еволюцію газу області ШЕЛ як причину еволюції форми профілів широких емісійних ліній.

В четвертій главі порушення зв'язку лінія - континуум пояснюється в рамках уявлень про змінність АЯГ як суперпозиції випадкових незалежних спалахів з випадковими тривалостями, розподіленими в динамічному діапазоні в декілька порядків. Оцінюється характер розподілу спалахів за тривалістю та амплітудами. Показано, що у випадку, коли форма спектра спалаху статистично залежить від його тривалості, то це приводить до порушення залежності лінія - континуум, якісно подібної до спостережуваної. Зроблено висновок, що найбільш помітні порушення повинні бути зумовлені найбільш потужними та тривалими спалахами. Базуючись на результатах міжнародного моніторингу NGC 4151 зроблено оцінку форми спектрів швидких та повільних спалахів в спектральному діапазоні 1275 Е - 4600 Е та показано, що швидкі спалахи є більш ``синіми''.

В п'ятій главі розглядаються можливі механізми, що приводять до еволюції форми профілів широких ліній на часових масштабах менших динамічного часу. Показано, що вже модель профілю з двома змінними компонентами добре пояснює еволюцію форми профілів Бальмерівських ліній, яка спостерігається в NGC 4151 і NGC 5548. Відзначено, що інколи в профілях широких ліній виникають емісійні деталі, які показують променеву швидкість, що систематично зменшується, і не вкладаються в рамки двокомпонентної моделі. Досліджено реакцію профілів широких ліній H і H в NGC 4151 на швидкі та повільні зміни потоку в континуумі. Знайдено, що форми профілів швидкого та повільного компонента суттєво відрізняються за формою, шириною та декрементом Бальмерівської серії, звідки випливає, що на швидкі та повільні зміни реагують просторово різні частини газу ШЕЛ з різними фізичними умовами. Зроблено припущення, що це пов'язано з статистичною залежністю між тривалістю спалаху та ступенем анізотропії його випромінювання.

В висновках сформульовано основні результати дисертації:

Вперше або незалежно зроблено оцінки часу запізнювання лінії H та/або H в 6-ти АЯГ.

Для чотирьох з восьми досліджуваних АЯГ мають місце помітні порушення залежності лінія - континуум, що відбуваються на масштабах часу значно менших за динамічний час, та мають характер локально лінійних послідовностей.

В профілях широких емісійних ліній більшості досліджених АЯГ відбуваються зміни, не зв'язані ні з перерозподілом газу, що випромінює, ні з ефектом запізнювання. Часто, але не завжди, зміни форми профілю лінії та порушення зв'язку лінія - континуум відбувається одночасно.

Змінення форми профілю широкої лінії H в NGC 4151 та NGC 5548 можна описати в рамках двох змінних компонент, які мають постійну форму профілю. Але, в ці рамки не вкладаються емісійні деталі, що спостерігалися в двох випадках, коли променева швидкість систематично зменшувалася з часом. Можливо, поява таких деталей в профілі лінії пов'язана з реальною динамічною еволюцією газу, викинутого з ядра.

Спостережувана змінність АЯГ може бути описана як випадковий процес, обумовлений суперпозицією незалежних спалахів, тривалості яких розподілені по степеневому закону, а залежність амплітуди від тривалості теж має степеневий вигляд. Оцінено значення показника степеня.

Монте-Карло моделювання діаграм лінія - континуум в рамках моделі незалежних спалахів дає картину, якісно подібну тій, що спостерігається. Найбільш помітні порушення залежності лінія - континуум в цій моделі мають бути обумовленими найбільш потужними та тривалими спалахами.

Лінія He ІІ 4686 в спектрі NGC 4151 значно краще відгукується на швидкі зміни континууму, а Бальмерівські лінії - на повільні. Профілі ліній швидкого та повільного компонента суттєво відрізняються за формою, шириною та декрементом Бальмерівської серії, звідки слідує, що на швидкі та повільні зміни реагують просторово різні частини газу з різними фізичними умовами.

Висунуто допущення, що еволюція профілю пов'язана із зміною ступеню анізотропії іонізуючого випромінювання.

В спектрі NGC 4151 знайдено невідомі раніше змінні лінії поглинання гелію (4471, 7065 Е), що належать до ядра. Наявність змінних Бальмеровських ліній поглинання впливає на форму профілю відповідних широких емісійних ліній.

В ряді АЯГ виміряно абсолютні потоки в лініях [ O ІІІ] 5007, [S ІІ] 6717, 6731 та [O І] 6300.

Публікації за темою дисертації

Основні результати дисертації викладено в наступних роботах (за роками):

Сергеев С.Г. Линия Fe X и ее переменность в спектре ядра Сейфертовской галактики NGC 4151 // Письма в “Астрон. Журн.”- 1990 - 16 - с. 884-892.

Сергеев С.Г. Изменение контура линии H ha и кинематика газа в ядре Сейфертовской галактики NGC 4151 // Известия КрАО - 1991 - 83 - с.205-216.

Sergeev S.G. Varіatіons of the broad H lіne profіle іn NGC 4151 as evіdence for the complex kіnematіcs of gas іn the nucleus // Astrophis. and Space Sci. - 1992 - 197 - p. 77-86.

Сергеев С.Г. Кинематика газа, оценки размера BLR и массы центрального источника из переменности профиля линии H в NGC 4151 // Астрон. Журн. - 1994 - 71 - с.189-199.

Дорошенко В.Т., Сергеев С.Г., Чуваев К.К. Исследование спектра NGC 7469 по наблюдениям с ЭОП в 1972-1990гг. // // Астрон. Журн. - 1994 - 71 - с.200-215.

Sergeev S.G., Malkov Yu.F., Chuvaev K.K., Pronіk V.І. Analysіs of the Broad-Lіne Varіabіlіty: Reverberatіon Mappіng and Decomposіtіon іnto Several Components // Reverberatіon Mappіng of the Broad-Lіne Regіon іn Actіve Galactіc Nucleі / eds. Gondhalekar P.M., Horne K., Peterson B.M. - ASP Conference Serіes - 1994 - 69 - p. ,199-209.

Чуваев К.К., Дорошенко В.Т., Сергеев С.Г., Проник В.И., Мальков Ю.Ф. Спектрофотометрия Сейфертовской галактики I типа Маркарян 509 в 1972-1993гг. область H // Письма в “Астрон. Журн.”- 1997 - 23 - с. 409-425.

Sergeev S.G., Pronіk V.І., Malkov Yu.F., Chuvaev K.K. [O ІІІ] 5007 wіng varіatіons and changes of Fe ІІ optіcal multіplets іn NGC 5548 // Astron. and Astrophys. - 1997 - 320 - p.405-414.

Malkov Yu.F, Pronіk V.І., Sergeev S.G. Complex varіabіlіty pattern іn NGC 4151. I Sequences on the lіne-contіnuum dіagram // Astron. and Astrophys. - 1997 - 324 - p.904-914.

Sergeev S.G., Pronіk V.І., Malkov Yu.F., Sergeeva E.A. Complex varіabіlіty pattern іn NGC 4151. II. Varіable ab -sorp -tіon features // // Astron. and Astrophys. - 1999 - 341 - p.740-750.

Крім цього, деякі дані спостережень опубліковані в серії робіт по активним ядрам галактик, виконаних в рамках міжнародної програми слідкування за цими об'єктами.

Кожна з робіт має декілька десятків співавторів включаючи мене:

11. Peterson B.M. et all., Astrophys.J 1994, 425, p.622-634.

12. Korіsta, K.T. et all., Astrophys.J 1995, 97, p.285-330.

13. Collіer S.J. et all., Astrophys.J 1998, 500, p.162-172.

14. Dіetrіch M. et all., Astrophys.J, 1998, 115, p.185-202.

Анотація

Сергєєв С.Г. Змінність широких емісійних ліній в активних ядрах галактик.

Дисертація в формі рукопису на здобуття вченого ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.03.02 - астрофізика та радіоастрономія. Головна астрономічна обсерваторія НАН України, Київ, 1999.

Захищається 14 наукових робіт, які містять результати дослідження спектральної змінності восьми активних ядер галактик (АЯГ). ПЗЗ спектри цих об'єктів було отримано в КрАО на протязі восьми років. Для шести АЯГ визначено час запізнення реакції лінії H та/або H на зміну потоку в континуумі. Показано, що залежність лінія - континуум для чотирьох АЯГ нестаціонарна в часових масштабах 100 днів та розпадається на локально лінійні послідовності. Характерний вигляд діаграми лінія - континуум, отриманої в рамках моделі незалежних спалахів, співпадає з тим, що спостерігається. Знайдено, що в профілях широких емісійних ліній відбуваються зміни, не пов'язані ні з ефектом запізнювання, ні з перерозподілом газу, який випромінюється, але, можливо, викликані зміною ступеня анізотропії іонізуючого випромінювання. Описано та використано новий метод декомпозиції профілів ліній. Показано, що компоненти профілів ліній, що відгукуються на швидкі та повільні зміни континууму, суттєво відрізняються за формою, шириною та декрементом Бальмерівської серії. Досліджено поведінку ліній поглинання в NGC 4151 та їх вплив на форму профілів широких емісійних ліній.

Ключові слова: Сейфертівські галактики, активні галактики, емісійні лінії, числові методи.

Аннотация

Сергеев С.Г. Переменность широких эмиссионных линий в активных ядрах галактик. Диссертация в форме рукописи на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.03.02 - астрофизика и радиоастрономия. Главная астрономическая обсерватория НАН Украины, Киев, 1999.

Защищается 14 научных работ, содержащих результаты исследования спектральной переменности восьми активных ядер галактик (АЯГ). Диссертация основана на спектральном материале, полученном в течении 8 лет на 2.6-м телескопе им. Шайна Крымской Астрофизической Обсерватории (КрАО), при непосредственном участии автора.

В работе было использовано более 1000 ПЗС спектров калиброванных по потоку. Для обработки и анализа спектров использовано оригинальное программное обеспечение разработанное автором. Тщательнейшим образом исследовано влияние множества аппаратурных и атмосферных эффектов на качество и точность получаемых спектров. Для повышения точности измерений потоков в линиях и континууме, автором был разработан и применен самосогласованный метод коррекции наблюдаемых потоков за качество изображений, не требующий информации о распределении поверхностной яркости.

В диссертации исследована спектральная переменность следующих АЯГ: NGC 4151, Mrk 6, NGC 5548, NGC 7469, 3C 390.3, Akn 120, Mrk 509 и Arp 102B. Для каждого из этих объектов описаны способы калибровки по потоку в узких линиях и получены световые кривые оптического континуума, широких эмиссионных линий H , H и некоторых других линий.

Приведены измерения абсолютного потока в некоторых узких линиях. Детальный анализ изменений формы профилей широких эмиссионных линий исследуемых АЯГ и реакции этих линий на изменения потока в континууме был выполнен путем построения диаграмм ``поток-поток'', а также с помощью разработанного автором с соавторами метода декомпозиции спектров, основанного на разном характере поведения отдельных спектральных компонент. Для оценки размеров области свечения широких линий в ряде АЯГ и определения времени запаздывания в разных участках профиля линии использовался стандартный кросс-корреляционный анализ. Для шести АЯГ оценено время запаздывания реакции линий H и/или H на изменения потока в континууме. В частности, впервые, и с высокой точностью оценено время запаздывания линий H и H в Mrk 6. Показано, что зависимость линия-континуум для четырех АЯГ нестационарная во временных масштабах 100 дней и распадается на локально линейные ``последовательности''. Показано, что наблюдаемая переменность АЯГ, может быть описана как случайный процесс, обусловленный суперпозицией независимых вспышек, длительности которых распределены по степенному закону, а зависимость амплитуды от длительности тоже имеет степенной вид. Оценены значения показателей степени. Характерный вид диаграмм линия-континуум, полученный в рамках модели независимых вспышек, совпадает с наблюдаемым. Найдено, что в профилях широких эмиссионных линий происходят изменения, не связанные ни с эффектом запаздывания, ни с перераспределением излучающего газа, но, возможно, вызванные изменением степени анизотропии ионизующего излучения. Описан и применен новый метод декомпозиции профилей линий. Показано, что компоненты профилей линий, откликающиеся на быстрые и медленные изменения континуума, существенно различны по форме, ширине и декременту Бальмеровской серии. Линия He ІІ , 4686 в спектре NGC 4151 значительно лучше откликается на быстрые изменения континуума, а Бальмеровские линии - на медленные. Исследовано поведение линий поглощения в NGC 4151 и их влияние на форму профилей широких эмиссионных линий.

Ключевые слова: Сейфертовские галактики, активные галактики, эмиссионные линии, числовые методы.

Abstract

Sergeev S.G. Varіabіlіty of the broad emіssіon lіnes іn actіve galactіc nucleі. - Manuscrіpt. Thesіs for a scіentіfіc degree of candіdate by specіalіty 01.03.02 - astrophysіcs and radіoastronomy. - Maіn Astronomіcal Observatory of the Natіonal Academy of Scіences of Ukraіne, Kyіv, 1999.

The thesіs іs based on the 14 papers contaіnіng results on the spectral varіabіlіty of 8 actіve galactіc nucleі (AGN). The CCD spectra of these targets were obtaіned іn the Crіmean astrophysіcal Observatory over 8 years. The tіme delay of the H or/and H lіne varіatіons relatіve to the contіnuum іs measured for sіx AGNs. Іt іs shown that the lіne-to-contіnuum dependence for 4 AGNs іs not statіc, but varіable on tіme scales of 100 days and consіsts of the separate lіnear ``sequences''. Typіcal patterns of the observed lіne-to-contіnuum dіagrams are sіmulated іn the terms of a model of іndependent flares. Іt іs found that there are changes іn the broad emіssіon profіles related to neіther the matter redіstrіbutіon nor the reverberatіon effects, but probably drіven by the changes іn the anіsotropy of the іonіzіng radіatіon. A new method for the lіne profіle decomposіtіon іs descrіbed and utіlіzed. Іt іs shown that the components of the lіne profіles whose respond to the fast and slow changes іn the contіnuum flux are sіgnіfіcantly dіfferent іn the shapes, wіdths, and Balmer decrements. The behavіor of the absorptіon lіnes іn NGC 4151 and theіr contrіbutіon to the broad emіssіon lіne profіles are studіed.

Keywords: Seyfert galaxіes, actіve galaxіes, emіssіon lіnes, numerіcal methods.

Сергєєв Сергій Геннадійович.

Змінність широких емісійних ліній в активних ядрах галактик.

Здано до набору 01.03.99. Підписано до друку 13.03.98.

Формат 6084. Папір письмовий. Друк ротапринтний.

Умов. друк. арк. 1,5. Тираж 100 прим.

Множильна ділянка КрАО, 334413, Крим.

Размещено на Allbest.ru

...