Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна академія наук України

Головна астрономічна обсерваторія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

Спеціальність 01.03.02 - Астрофізика, радіоастрономія

Змінність, структура і спектр радіовипромінювання активних ядер галактик за спостереженнями на радіотелескопах

Вольвач Олександр Євгенович

Київ 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Кримській астрофізичній обсерваторії Міністерства освіти і науки України, АР Крим.

Науковий керівник: кандидат фізико-математичних наук, Нестеров Микола Семенович Кримська астрофізична обсерваторія Міністерства освіти і науки України, провідний науковий співробітник

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, член-кореспондент НАН України, Ізотов Юрій Іванович, Головна астрономічна обсерваторія НАН України, завідувач відділу

кандидат фізико-математичних наук, Вавилова Ірина Борисівна, Астрономічна обсерваторія Київського національного університету імені Тараса Шевченка, старший науковий співробітник

Провідна установа: Радіоастрономічний інститут НАН України, м. Харків

Захист відбудеться " 4 " квітня 2003 р. на засіданні Спеціалізованої вченої ради Д26.208.01 при Головній астрономічній обсерваторії НАН України (ГАО НАН України, вул. акад. Заболотного, 27, м. Київ, МСП, 03680). Початок засідань о 10 годині.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Головної астрономічної обсерваторії НАН України (ГАО НАН України, вул. акад. Заболотного, 27, м. Київ, МСП, 03680).

Автореферат розісланий " 25" лютого 2003 р.

Вчений секретар Спеціалізованої вченої ради кандидат фізико-математичних наук ВАСИЛЬЄВА І.Е.

1. Загальна характеристика роботи

галактика випромінювання радіоастрономічний

Актуальність роботи. Радіогалактики і квазари - віддалені космічні об'єкти, дослідження яких має фундаментальне і прикладне значення. Потужне енерговиділення при відносно малих розмірах областей робить їх доступними для спостережень на величезних космологічних відстанях, а розуміння фізики цих об'єктів дозволяє уточнити уявлення про еволюцію Всесвіту.

Спостерігаючи гранично вилучені квазари, велика частина яких у картинній площині нерухома, на мілісекундному рівні, протягом сотень років, метод радіоінтерферометрії з наддовгими базами (РНДБ) дозволяє, з точністю до довжини хвилі, вимірювати відстані між наземними пунктами, рознесеними на тисячі кілометрів один від одного. Отримані величини горизонтальних і вертикальних рухів РНДБ станцій становлять принциповий інтерес для теорії глобальної тектоніки літосферних плит.

Радіоастрономічні дослідження структури та змінності активних ядер галактик (АЯГ) та квазарів розпочалися близько 35 років тому, але тільки в останні роки стало можливим одержання високоякісних радіоспектрів і радіозображень сотень позагалактичних джерел, в основному, за двох причин: завдяки покращенню чутливості і роздільної кутової здатності радіотелескопів та створенню систем апертурного синтезу, включаючи глобальну радіоінтерферометричну мережу з наддовгими базами. Роль радіоастрономії в дослідженні компактних небесних об'єктів неможливо переоцінити, тому що саме методика РНДБ дозволяє досягти роздільної кутової здатності в десятки мікросекунд і вище.

Дані комплексних багаточастотних досліджень, одержаних за допомогою одиночних антен та мереж РНДБ, дають змогу вивчати властивості АЯГ, проводити повноцінний, значимий статистичний аналіз характеристик (спектрів, компактних і протяжних радіоструктур, їхніх змінностей і поляризацій) великої кількості позагалактичних об'єктів.

Важливою задачею, що пов'язана з координатними вимірами з максимально високою точністю (до 0.0001''), є також визначення довжин і параметрів орієнтації баз між пунктами РНДБ з метою дослідження тривимірних рухів точок земної кори.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно до наукового плану Кримської астрофізичної обсерваторії (КрАО). Дослідження проводилися в рамках наукових тем “ЯГА” (№ 0101U002332 Держ. реєстрації) та “Інтерферон” (№ 0101U002333 Держ. реєстрації) Лабораторії радіоастрономії Кримської астрофізичної обсерваторії. Робота підтримувалася грантами ІНТАС 93-2368, ІНТАС 94-4010, грантом Українського науково-технічного центра (УНТЦ) 2000-0495, Договором № 2М/177-2001 між КрАО та Міністерством освіти і науки України.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є дослідження компактних позагалактичних радіоджерел _ активних ядер галактик - у широкому частотному радіодіапазоні, а саме змінності спектрів і мікроструктури зображень АЯГ та їхнього взаємозв'язку. Основу досліджень складають дані спостережень цих об'єктів, отримані автором на радіотелескопі РТ-22 Кримської астрофізичної обсерваторії, на Вестерборкському радіотелескопі апертурного синтезу (ВРАС) та в Європейській мережі РНДБ (EVN). Було також використано результати спостережень інших авторів як на одиночних антенах, так і мережах РНДБ, що доповнюють дані спостережень автора.

Задачі дослідження:

1. Спостереження позагалактичних радіоджерел на 22 - метровому радіотелескопі Кримської астрофізичної обсерваторії в міліметровому діапазоні довжин хвиль з метою дослідження змінності їхнього радіовипромінювання.

2. Дослідження радіовипромінювання квазара ОН 471 на РТ-22 на частотах 22 і 36 ГГц, його тонкої структури на Вестерборкському радіотелескопі апертурного синтезу на частотах 325 МГц і 5 ГГц та в Європейській мережі РНДБ методом радіоінтерферометрії з наддовгими базами на частоті 1.6 ГГц. Обробка та аналіз отриманих результатів.

3. Введення в дію міжнародної РНДБ станції “Симеїз”, розвертання на станції системи Mарк-III, вимірювання параметрів системи радiотелескоп-радiометр. Підготовка та проведення спостережень в міжнародній РНДБ мережі з метою визначення положення станції та виміру горизонтальної складової руху станції “Симеїз”.

Наукова новизна роботи. Всі отримані в роботі наукові результати, є новими. Зокрема:

1. Вперше проведено тривалий цикл спостережень 34-х позагалактичних радіоджерел за допомогою радіотелескопу РТ-22, що дало змогу вперше дослідити змінність випромінювання цих об'єктів у міліметровому діапазоні довжин хвиль, а також отримати амплітуди і моменти максимумів спалахів радіовипромінювання.

2. Отримані дані про змінність квазара ОН 471 на частотах 22 і 36 ГГц свідчать про те, що це джерело є одним із найпотужніших у міліметровому діапазоні довжин хвиль серед відомих квазарів.

3. Згідно даних спостережень квазара ОН 471 на Вестерборкському радіотелескопі апертурного синтезу на частоті 325 МГц протягом 1985-1996 рр. виявлена змінність його радіовипромінювання. За даний період густина потоку цього квазара збільшилася в 1.6 разів. Це свідчить про те, що радіоджерело ОН 471 є змінним на низьких частотах. За результатами РНДБ спостережень на частоті 1.6 ГГц виявлена його складна структура, що складається з ядра і “джета”, який просліджується на відстань близько 5 кутових мілісекунд на схід. Виявлено близьке радіоджерело фону, що відстоїть на 2.5' на північ від квазара ОН 471 та має крутий характер спектру, з потоком 1.45 мЯн на частоті 5 ГГц і 14.5 мЯн на частоті 350 МГц.

4. За даними спостережень за період 1964 - 1996 рр., виконаних як автором так і іншими спостерігачами, в діапазоні частот 0.325-90 ГГц зареєстрована змінність двохкомпонентного спектра квазара ОН 471, з максимумами на частотах близько 1 і 20 ГГц. Густина потоку від низькочастотного компоненту (f < 5 ГГц) спочатку зменшувалася, а потім збільшувалася, тоді як інтенсивність високочастотного компоненту (f > 5 ГГц) зросла наприкінці 1970-х років і залишалася постійною на рівні 2.5 Ян.

5. Введено в дію пункт міжнародної РНДБ мережі - радіоастрономічну станцію “Симеїз”. За даними РНДБ спостережень визначено положення станції з точністю в декілька міліметрів. Вперше одержано, що станція переміщується відносно Євразійської тектонічної плити зі швидкістю 2.8±0.9 мм/рік у північно-східному напрямку.

Практичне значення одержаних результатів. Отримані результати спостережень розширюють наші уявлення про механізм формування активних ядер галактик, можуть бути використані в подальших теоретичних і експериментальних дослідженнях в галузі позагалактичної астрономії. Вони можуть бути використані при аналізі руху РНДБ компонентів активних ядер галактик, для дослідження змінності їхнього випромінювання і викидів, для побудови земної системи координат, визначення параметрів обертання Землі, для вирішення задач глобальної тектоніки літосферних плит у ряді наукових центрів (ГАО НАН України, Ґельсінкському університеті, Боннському університеті, Інституті радіоастрономії ім. Макса Планка, Космічному Центрі ім. Годдарда (НАСА), Європейському об'єднаному РНДБ Інституті, ГАІШ, ІПА РАН, ІКД РАН, РІ НАН України).

Особистий внесок автора. Основні результати роботи опубліковано в 15 працях, що подано в списку публікацій по темі дисертації. Праці виконано у співавторстві. В усіх спільних роботах автор дисертації брав участь у постановці задачі, проведенні спостережень, аналізі одержаних результатів, у підготовці та написанні текстів, а саме:

1. Роботи [1, 7]. Постановка задачі, проведення спостережень, обробка спостережливих даних та аналіз отриманих результатів.

2. Роботи [2, 3, 4, 8]. Участь у введені в дію РНДБ станції “Симеїз”, а саме у встановленні системи Марк-3 та вимірюванні параметрів системи радіотелескоп - радіометр. Підготовка та проведення спостережень у міжнародній мережі РНДБ, обробка й інтерпретація РНДБ спостережень.

3. Роботи [5, 6, 9, 11, 12, 15]. Проведення спостережень, аналіз результатів, підготовка текстів статей.

4. Роботи [10, 13, 14]. Подача проекту, підготовка командних файлів, забезпечення і проведення спостережень у міжнародній мережі РНДБ, вторинна обробка даних, інтерпретація результатів спостережень, їхній аналіз та написання текстів статей.

За серію робіт “Теорія і практика застосування методів радіоінтерферометрії з наддовгими базами (РНДБ) в астрономії та геодинаміці” автору в співавторстві з Яцківим Я.С. та Болотіним С.Л. (ГАО НАН України) присуджена премія НАН України ім. Є.П. Федорова в 2000 році.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на семінарах лабораторії радіоастрономії КрАО; на XXVI радіоастрономічній конференції (Санкт-Петербург, 1995); Joint European & National Astronomy Meeting (JENAM-95) (Катанія, Італія, 1995); Міжнародній науково-технічній конференції “Приладобудування-97” (Симеїз, 1997); XXVII радіоастрономічній конференції (Санкт-Петербург, 1997); XV конференції “Актуальні проблеми позагалактичної астрономії” (м. Пущино, 1998); Joint Eropean & National Astronomy Meeting (JENAM-98) (Прага, Чеська Республіка, 1998); VLBI Operations Workshop “The Chiefs Meeting” (Хайстекська обсерваторія, США, 1998); EVN VLBI Symposium (JIVE, Нідерланди, 1998); European VLBI geodetic Workshop (MPIfR, Бонн, Німеччина, 1998); Міжнародній науковій конференції (ГАО НАН України, м. Київ, 1999); Goddard Space Flight Center (Грінбелт, Меріленд, США, 1999), Міжнародній науковій конференції ”Astronomy in Ukraine - 2000 and beyond” (ГАО НАН України, м. Київ, 2000); International VLBI Sevice for Geodesy and Astrometry. Annual Report. (Грінбелт, США, 2000); EVN Technical Operations Group Meeting (MPIfR, Бонн, Німеччина, 2001); Goddard Space Flight Center (Грінбелт, Меріленд, США, 2001); International VLBI Sevice for Geodesy and Astrometry (Японія, 2002).

Публікації матеріалів дисертації здійснені в 9 наукових журналах, 6 матеріалах і тезах конференцій.

Обсяг та структура дисертації. Дисертація складається з вступу, трьох розділів, висновків, списку цитованої літератури та додатку. Загальний об'єм дисертації становить 160 сторінок, включаючи 23 рисунки, 19 таблиць та список використаних джерел із 105 найменувань. Список цитованих джерел розташовано у порядку появи посилань у тексті, починаючи зі вступу.

2. Короткий зміст роботи

У вступі обґрунтована актуальність проблеми, сформульовано мету та задачі дослідження, подано основні результати і положення, що виносяться на захист, охарактеризована їх новизна, наукова та практична значимість. Розглянуто основні сучасні уявлення про природу активного ядра галактики, його змінності, обґрунтовано важливість і перспективність досліджень компактних позагалактичних об'єктів сучасними методами, подано публікації по дисертаційній роботі.

У першому розділі описується всесвітня мережа РНДБ станцій, її сучасний стан. На сьогоднішній день метод РНДБ - потужний інструмент, що дозволяє вивчати структуру і еволюцію позагалактичних радіоджерел з роздільною кутовою здатністю до десятитисячної частки секунди дуги [1]. Радіоінтерферометричні виміри надтонкої структури джерел космічного радіовипромінювання, геодинамічні дослідження проводяться у всьому радіодіапазоні - від міліметрових до метрових довжин хвиль [2]. Майже всі великі радіотелескопи світу входять у глобальну радіоінтерферометричну мережу. Радіотелескоп РТ-22 КрАО під іменем станція “Симеїз” - єдиний в Україні та країнах СНД являється постійним членом:

- Європейської радіоінтерферометричної мережі з наддовгими базами (EVN), яка об'єднує крупні інструменти Європи для рішення задач астрофізики ;

- Міжнародної РНДБ мережі, яка об'єднує крупні інструменти Світу для рішення задач геодинаміки.

Розглядаються фізичні задачі пов'язані з побудовою зображень позагалактичних радіоджерел (активних ядер галактик, квазарів), важливі для вирішення таких проблем, як побудова і динаміка АЯГ і вивчення їх утворення, визначення параметрів розширення Всесвіту за даними по структурі і динаміці об'єктів з великим червоним зсувом. Також розглядаються задачі, пов'язані з координатними вимірами, які одержані за даними радіовипромінювання АЯГ. Це дає важливу інформацію для побудови небесної і земної систем координат, а також для вивчення тектонічного руху плит земної кори.

Задачі першого та другого направлень, що вирішуються за допомогою методу РНДБ, доповнюють одна одну. Для побудови високоякісних зображень необхідно мати координатну інформацію такої ж високої якості, а для отримання координатної інформації необхідно знати структуру та динаміку джерел. Для вирішення задач астрометрії використовується інформація про положення позагалактичних радіоджерел, їх компонентах та параметрах баз. Для вирішення задач астрофізики - інформація про розміри, потоки та змінності радіоджерел.

Кожна з РНДБ станцій являє собою радіотелескоп, оснащений системою реєстрації сигналу та незалежним стандартом частоти. Станції направлені на одне і теж віддалене радіоджерело і протягом певного часу реєструють його випромінювання разом з відмітками часу від стандартів частоти. Отримана інформація направляється в спеціалізований центр - корелятор - для її первинної обробки.

Взаємна орієнтація вектора бази та напрямку на радіоджерело залежить від координат станцій, координат радіоджерела та параметрів обертання Землі. Вторинна обробка полягає в оцінці значень цих параметрів з аналізу серій РНДБ спостережень різних радіоджерел кількома станціями.

В п. 1.2. розглядається Європейська РНДБ мережа, частоти спостережень телескопів, які входять до складу мережі. Подано величини еквівалентної густини потоку системи радіотелескоп-радіометр для станцій Європейської мережі РНДБ і величини чутливості на різних довжинах хвиль. Приведена методика проведення спостережень.

Перехід до систем реєстрації третього покоління істотно підвищив точність визначення положення елементів мережі. У рамках співробітництва між ГАО НАН України, КрАО і НАСА (США) станція “Симеїз” була дооснащена системою реєстрації Марк-ІІІ.

У п. 1.3.1. подано заходи щодо введення в дію пункту міжнародної РНДБ мережі - станції “Симеїз”: системи реєстрації Марк-ІІІ, поставленої НАСА (США), високочутливих охолоджуваних радіометрів на довжинах хвиль 3.6 см і 13 см (поставлених ІПА РАН) та водневого стандарту частоти Ч1-70 (поставленого ІКД РАН) [3,4].

Після дооснащення, у червні 1994 р. РНДБ пункт “Симеїз” приступив до регулярних спостережень у новій конфігурації за міжнародними програмами. Були проведені РНДБ виміри разом з антенами, розташованими в Америці та Європі. Реєстрація сигналу під час спостережень синхронізується за допомогою високостабільного водневого стандарту частоти з точністю близько 10-14 сек. Синхронізація часу зі Всесвітнім здійснюється за допомогою GPS-приймача за сигналами супутників GPS з точністю близько 1 мсек. Вимір положення станції проводився шляхом спостережень 41 опорного радіоджерела, координати яких відомі з точністю краще 0.1 мсек дуги. Схилення радіоджерел находилися в межах від -26 до 77 градусів.

У серпні 1999 р. на РТ-22 був введений в дію надмалошумливий приймальний пристрій з замкнутою криогенною системою водневого рівня охолодження на частоту 22 ГГц, який розроблений в ВАТ НВП "Сатурн" при сприянні КраО і РІ НАН України. Приведені основні параметри пристрою [5].

Оснащення станції “Симеїз” високочутливою апаратурою і системою реєстрації Марк-ІІІ позволило провести перші виміри для геодинамічних досліджень і продовжити радіоастрономічні дослідження з більш високою чутливістю.

В п.1.3.2. приведено і проаналізовано основні характеристики введеної в дію РНДБ станції “Симеїз”. Розглядається методика спостережень і калібровка. Вимір параметрів системи радіотелескоп-радіометр, основні параметри РНДБ приймачів, шумова температура системи наведені в п. 1.3.3. Для зменшення власних шумів і одержання високої чутливості приймачів застосовується охолодження приймачів за допомогою мікрокріогенних станцій (МКС) замкнутого циклу. Роздільна здатність глобальної радіоінтерферометричної мережі більше ніж на три порядки перевищує роздільну здатність кращих оптичних телескопів. В міру удосконалення техніки роздільна кутова здатність РНДБ мережі покращалась від секунди до долі мілісекунд дуги. Ще більш точні дані були отримані за допомогою радіотелескопу, винесеного за межі земної атмосфери.

В п. 1.4. розглянута підготовка та проведення спостережень у міжнародній мережі РНДБ. Спостереження позагалактичних радіоджерел в глобальній мережі геодинамічних РНДБ станцій проводяться регулярно; програми спостережень є сумою загальних зусиль для рішення задач побудови земної і глобальної систем координат, а також - визначення параметрів обертання Землі, проведених під егідою міжнародної служби РНДБ [6]. Ці спостереження можуть бути використані для точних вимірів різноманітних ефектів [7]. За даними РНДБ спостережень визначено положення станції “Симеїз” з точністю в декілька міліметрів. Отримано оцінки горизонтальної швидкості руху станції “Симеїз” за даними спостережень, виконаними на протязі 1994 - 2000 рр. за міжнародними програмами. В п.1.4.5. представлені результати спостережень. Проаналізувавши масив даних РНДБ спостережень, було визначено переміщення станції. Можливі систематичні ефекти були ретельно досліджені, і оцінена надійність визначення формальних значень похибок. Додатково досліджена стабільність положення станції відносно місцевих маркерів.

Висновки подано в п. 1.5.

Розділ 2 присвячений дослідженню змінності позагалактичних радіоджерел в міліметровому діапазоні хвиль на радіотелескопі РТ-22 Кримської астрофізичної обсерваторії. Радіотелескоп РТ-22 по параметру відношення середньоквадратичної похибки поверхні/діаметр дзеркала входить в число кращих телескопів світу. Велику частину даних про природу активних ядер галактик одержують із моніторингу радіовипромінювання. В п.2.1 викладено дані про апаратуру та методику виміру густини потоків позагалактичних радіоджерел на частотах 22 і 36 ГГц [8]. Подано параметри приймальних систем, зокрема, їхньої смуги пропускання та чутливості. Приведено значення ефективних площ і розмірів головного пелюстка діаграми направленості радіотелескопа РТ-22.

Приведена методика та результати обробки даних спостережень на частотах 22 і 36 ГГц. Застосовувалася модуляція (переключення) діаграми спрямованості антени між двома напрямками, рознесеними по азимуті. Поглинання в атмосфері Землі визначалося методом розрізів. Керування режимами роботи радіотелескопа і радіометра, перетворення аналогового вихідного сигналу приймача в цифровий і подальшу обробку його проводилися за допомогою персонального комп'ютера. Антенна температура від радіоджерел визначалася методом ON-ON. Перед виміром інтенсивності випромінювання визначалося положення джерела скануванням. Потім радіотелескоп установлювався на джерело по черзі головним і опорним (умовно) пелюстками діаграм спрямованості, що формуються при діаграмній модуляції і мають взаємо-ортогональні поляризації.

Калібровка антенних температур від радіоджерел і переведення їх в густини потоків проводились за спостереженнями стандартних радіоджерел DR 21, 3С 274 і планет Юпітер та Сатурн.

При переведенні антенних температур у густини потоків враховувалась залежність ефективної площі радіотелескопа Аеф від кута місця h. Значення ефективної площі радіотелескопа, визначені за даними спостережень каліброваних джерел, апроксимувалися залежністю виду

Аеф=а sin h + b cos h + c,

де коефіцієнти a, b і c визначались методом найменших квадратів.

Простежена змінність міліметрового випромінювання декількох десятків АЯГ протягом 1985-1995 рр. Приведені графіки густини потоків в залежності від часу для радіоджерел найбільш повно перекритих спостереженнями. У частини джерел зареєстровані повільні варіації інтенсивності радіовипромінювання протягом усього періоду спостережень. У більшості об'єктів спостерігалися зміни інтенсивності радіовипромінювання. Отримані амплітуди і моменти максимумів спалахів радіовипромінювання. У 34-х об'єктів зареєстровані зміни інтенсивності випромінювання, що можуть бути наслідком появи в їх ядрах нових компонентів.

Розподіл джерел у залежності від кількості спалахів у них за визначений інтервал часу не показує поділу їх на окремі групи. Розподіл джерел по характеру змінності, також швидше за все умовний, тому що при підвищенні точності вимірів швидкі коливання потоків з невеликими амплітудами можуть бути виявлені й у джерел з повільними змінами потоків.

База даних про змінність активних ядер галактик, отримана на РТ-22 та фінськими радіоастрономами на РТ-14, є однією з найбільш повних із існуючих на сьогоднішній день в світі. Дані можуть бути використані для аналізу руху РНДБ компонентів, для оцінки відстані від ядра АЯГ, пройденого ними від моменту викиду. Отримана сукупність даних свідчить про те, що всі типи активних ядер галактик мають загальну структуру типу “ядро+джет”. В п.2.3 представлені висновки.

Розділ 3 присвячений вивченню спектра, змінності і тонкої структури квазара ОН 471 - радіоджерела з великим червоним зсувом z=3.402 [9], яке було відкрите в 1973 р. Швидкість х, з якою цей квазар віддаляється від нас, складає 90% швидкості світла. ОН471 являється одним із самих могутніх радіоджерел в міліметровому діапазоні радіохвиль.

В табл. 1 послідовно приведені характеристики квазара ОН 471: в першій колонці - назва джерела, в другій і третій - пряме піднесення і схилення на 2000.0 рік, в четвертій - оптичний тип, в п'ятій- оптична магнітуда джерела, в шостій - червоний зсув.

Таблиця 1 Характеристики радіоджерела ОН 471

Джерело	RA (J2000.0)	DEC (J2000.0)	Тип	Магнітуда	z
ОН471	064632.026	445116.59	Q	18.5	3.4

В п.3.1 приводиться короткий огляд робіт, присвячених дослідженню цього радіоджерела.

Дані спостережень радіоджерела ОН 471, отримані автором на Вестерборкському радіотелескопі апертурного синтезу (ВРАС), деталі їх обробки та одержані результати доведені в п. 3.2. Спостереження квазаpа ОН471 проведені автором в 1996 році на ВРАС з використанням цифрового корелятора на 8 частотах у діапазоні частот 307-385 МГц зі смугою прийому 5 МГц кожний. Радіотелескоп апертурного синтезу складається з тринадцяти 25-метрових параболічних антен, що утворять 78 радіоінтерферометрів. Годинний кут, на яких спостерігалося джерело змінювався від -57.5° до +79.5.° Центр наведення відповідав координатам джерела ОН471. Каліброване джерело 3С48 спостерігалося протягом години перед початком спостережень. Температура системи для інтервалу частот 307-385 МГц дорівнювала 140 К, розмір синтезованої діаграми спрямованості дорівнював 33"х50".

Автором також проаналізовані архівні дані спостережень площадок неба, що включають джерело ОН471, на частотах 322.8 МГц у 1985, 1987, 1988 р. і на частоті 4874 МГц у 1990 р. Калібрування результатів спостережень 1987-88 р. проводилась по сумарному потоці джерел, що лежать всередині поля розміром 2.5°х2.5° біля джерела ОН471 і уточненим даним по сумарному потоці, отриманим для цього поля в 1996 році. У сеансі спостережень 1985 р. калібрування потоку проводилося по джерелу 3С295. Представлені результати спостережень радіоджерела ОН471 на ВРАС.

Згідно даних спостережень, потік від радіоджерела ОН 471 на низьких частотах змінився між епохами 1985 р. і 1996 р. у 1.6 разів. Спектральний індекс радіовипромінювання дорівнює 0.9 у діапазоні частот 307-385 МГц. Одержані результати заповнюють прогалину в спостереженнях квазара ОН471 між 1980 р. і 1996 р. і дозволяють простежити його змінність у смузі частот 300-400 МГц за період часу в 10 років. Також представлений аналіз даних, які одержані іншими спостерігачами в різні моменти часу, взяті автором з архіву ВРАС і повторно оброблені. Роботи Рилея і Гріна [10], Міннса і Рилея [11] підтверджують низькочастотну змінність квазара ОH471.

Згідно спостережень за період 1964-1996 рр. в діапазоні частот 0.325-90 ГГц виявлена змінність спектра квазара ОН471, що мав два спектральних максимуми на частотах близько 1 і 20 ГГц. Густина потоку від низькочастотної компоненти спочатку зменшувалася, а потім почала зростати. Інтенсивність високочастотної компоненти збільшилася наприкінці 1970-х років та залишилася на рівні близько 2.5 Ян. Відзначено, що частоти максимумів протягом тривалого часу практично не змінювалися на відміну від інших змінних радіоджерел такого ж типу. Досліджений об'єкт є одним із найпотужніших серед відомих квазарів і відноситься до джерел з максимумами в діапазоні Гігагерц, у ядрах яких присутня теплова плазма з великою густиною.

В п. 3.3 подано результати спостереження радіоджерела ОН 471 за допомогою Європейської мережі РНДБ у лівій круговій поляризації на частоті 1.6 ГГц. В табл.2 представлені параметри РНДБ-зображення квазара ОН471 отримані на цій частоті. Тут вказані: джерело, рівні інтенсивності, пікова яркість та діаграма направленості.

За результатами спостережень виявлена тонка структура цього об'єкта: радіозображення джерела виявилося типу “ядро-джет” із джетом, витягнутим на відстань близько 5 кутових мілісекунд на схід. Густина потоку від ядра склала 0.328 Ян.

Таблиця 2 Параметри РНДБ карти квазара ОН 471 на частоті 1.6 ГГц

Джерело	Рівні інтенсивності, (% від пікової яркості)	Пікова яркість, (мЯн)	Діаграма направленості
			Велика ось, (?)	мала ось, (?)	Кут (є)
ОН471	-1, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64	0.328	12.8	2.55	-24

Результати спостережень і радіоспектр квазара ОН471 та їх обговорення подано в п.3.4. На рис. 2. показані спектри радіо джерела ОН 471, складені на кілька епох з 1970 по 1996 рр.

Рис. 1 Радіоспектр квазара ОН 471

Видно, що в період з 1970 по 1973 рр. радіоспектр квазара мав пік на частоті близько 1 ГГц і був, можливо, плоским на частотах вище 5 ГГц. Протягом наступних років відбулися процеси, які привели до еволюції радіоспектра квазара. Наприкінці 1970-х рр. з'явився могутній компонент на високих частотах. З початку 1980-х і до середини 1990-х рр. спектр мав пік на частоті близько 20 ГГц. Істотного зрушення піка по частоті в часі не зареєстровано.

Висновки представлені в п.3.5.

Висновки

У Висновках сформульовано основні результати дисертації:

1. Вперше проведено тривалий цикл спостережень 34-х позагалактичних радіоджерел за допомогою радіотелескопу РТ-22, що дало змогу вперше дослідити змінність випромінювання цих об'єктів у міліметровому діапазоні довжин хвиль, а також отримати амплітуди і моменти максимумів спалахів радіовипромінювання. Дані про змінність квазара ОН 471 на частотах 22 і 36 ГГц свідчать про те, що він є одним із найпотужніших серед відомих квазарів у міліметровому діапазоні довжин хвиль.

2. За даними 30 - річних спостережень зареєстровано зміни радіоспектра квазара з великим червоним зміщенням ОН 471 (z=3.4). Квазар ОН 471, імовірно, являє собою радіоджерело з максимумом спектра в діапазоні Гігагерц (GPS). За даними спостережень за період 1985-1996 рр. виявлено збільшення густини потоку радіовипромінювання цього квазара на частоті 325 МГц у 1.6 разів. Це свідчить про те, що радіоджерело ОН471 є змінним на низьких частотах. Вперше виявлене радіоджерело фону, що відстоїть на 2.5' на північ від квазара ОН 471 з потоком 1.45 мЯн на частоті 5 ГГц та 14.5 мЯн на частоті 350 МГц.

3. За допомогою Європейської мережі РНДБ проведені спостереження квазара ОН 471 на частоті 1.6 ГГц з діаграмою спрямованості 12.7х2.54 мсек дуги. Зареєстровано структуру радіоджерела ОН 471: “ядро-джет” із джетом, витягнутим на відстань близько 5 кутових мілісекунд дуги на схід. Побудовано його радіозображення.

4. Введено в дію пункт “Симеїз” міжнародної РНДБ мережі. Визначено положення станції з точністю в декілька міліметрів. Вперше визначено горизонтальну швидкість руху радіоастрономічної станції “Симеїз” у системі ITRF97, що дорівнює 32.8+-0.9 мм/рік, у північно-східному напрямку. Горизонтальна швидкість руху станції відносно Євразійської тектонічної плити складає 2.8±0.9 мм/рік у тому ж північно-східному напрямку.

Список опублікованих робіт за темою дисертації

1. Будзиновская И.А., Нестеров Н.С., Вольвач А.Е. Наблюдения переменных внегалактических радиоисточников на частоте 36 ГГц в 1991 году // Известия КpАО. - 1995. - Т.89. - С.99-107.

2. Нестеров Н.С., Матвеенко Л.И., Кларк T.A., Босворт Дж., Ванденберг Н., Гордон Д., Химвич Э., Шаффер Д., Витней А., Корей Б., Ниел А., Томас С., Копелянский Г.Д., Мусин Р.Х., Шевченко А.В. , Вольвач А.Е., Степанов А.В., Никитин П.С., Ипатов А.В., Мардышкин В.В., Иванов Д.В. , Яцкив Я.С., Медведский М.Г. РСДБ станция Симеиз - новый статус // XXVI радиоастрономическая конференция. Тезисы докладов. Санкт-Петербург. - 1995. - С.229-230.

3. Nesterov N.S., Volvatch A.E., Stepanov A.V., Nikitin P.S., Matveenko L.I., Kopelyanski G.D., Musin R.H. , Shevchenko A.V., Ipatov A.V., Mardishkin V.V., Ivanov D.V., Smolentsev S.G., Yatskiv Ya.S. , Medvedski M.M., Clark T.A., Vandenberg N., Himwich E., Korey B., Tomas C. Simeiz VLBI station - new pozition // Joint European & National Astronomy Meeting (JENAM-95). Absracts. Catania Astrophysical Observatory. Special Publication. Italy. - 1995. - P.61.

4. Нестеров Н.С., Вольвач А.Е., Матвеенко Л.И., Копелянский Г.Д. РТ-22 КРАО - станция "Симеиз" глобальной РСДБ сети // Сборник трудов международной научно-технической конференции "Приборостроение-97". Часть 1. - 1997. - С.137.

5. Volvach А.Е., Nesterov N.S. and Pogrebenko S.V. Radio observations of high red shift quasar OH471 // Joint European & National Astronomy Meeting (JENAM-98). Abstracts. Prague, Czech Republic. - 1998. - P.261.

6. Volvach A., Petrov L., Nesterov N. Geodetic VLBI observations at Simeiz station // Kinematics and Physics of Celestial Bodies. Supplement Series. - 1999. - V.1. - P.116-118.

7. Нестеров Н.С., Вольвач А.Е., Стрепка И.Д. Наблюдения переменных внегалактических радиоисточников на частоте 36 ГГц // Письма в АЖ. - 2000. - T.26, № 4. - C. 249-252.

8. Нестеров Н.С., Вольвач А.Е., Стрепка И.Д., Шульга В.М., Лебедь В.И., Пилипенко А.М. Приемное устройство на частоту 22 ГГц для международной РСДБ станции "Симеиз" // Радиофизика и радиоастрономия. - 2000. - Т.5, №3. - С.320-322.

9. Volvach A., Nesterov N., Petrov L. Simeiz radio telescope: IVS Network station, single-dish S/X band observations // Kinematics and Physics of Celestial Bodies. Supplement Series. - 2000. - V.3. - P.43-45.

10. Nesterov N., Volvach A. and Mingaliev M.G. RATAN-600 and EVN observations of quasar 0642+449 // Kinematics and Physics of Celestial Bodies. Supplement Series. - 2000. - V.3. - P.21-25.

11. Petrov L., Volvach A., Nesterov N. Measurements of horizontal motion of the station Simeiz using VLBI // Kinematics and Physics of Celestial Bodies. - 2001. - Т.17, №5. - C. 424-436.

12. Nesterov N., Volvach A. Simeiz station: Geodetical Experiments and Single Dish Observations // International VLBI Sevice for Geodesy and Astrometry. Annual Report. Ed. by N. Vandenberg and K. Baver. MD 20771 NASA/TP-2001-209979. USA. - 2000. - P.120-122.

13. Нестеров Н.С., Вольвач А.Е. Исследования квазара OH 471 // Письма в АЖ. - 2002. - Т.28, N11. - C.1-6.

14. Нестеров Н.С., Вольвач А.Е., Погребенко C.В. Наблюдения квазара ОН 471 на WSRT // Письма в АЖ. - 2002. - Т.28, - N10. - C.1-4.

15. Nesterov N., Volvach A. Geodetic Study at the Simeiz Stations // International VLBI Sevice for Geodesy and Astrometry. Annual Report. Ed. by N. Vandenberg and K. Baver. NASA/TP-2002-210001. Greenbelt, MD 20771 USA. - 2001. - P.115-118.

Анотація

Вольвач О.Є. Змінність, структура і спектр радіовипромінювання активних ядер галактик за спостереженнями на радіотелескопах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.03.02 - астрофізика, радіоастрономія. - Головна астрономічна обсерваторія НАН України, Київ, 2003.

Дисертація присвячена дослідженню компактних позагалактичних радіоджерел, активних ядер галактик: постійних і змінних спектрів, кутової мікроструктури та їхнього взаємозв'язку. Основу досліджень складають нові дані спостережень, одержані автором на радіотелескопі РТ-22 Кримської астрофізичної обсерваторії, на Вестерборкському радіотелескопі апертурного синтезу, в Європейській РНДБ мережі (EVN). Було також використано результатів спостережень інших авторів як на одиночних антенах, так і мережах РНДБ. Досліджена змінність випромінювання в міліметровому діапазоні хвиль більше трьох десятків позагалактичних радіоджерел. Визначені величини амплітуд та моменти максимумів спалахів радіовипромінювання. Одержані дані змінності випромінювання квазара ОН 471 (z=3.4), побудовано його РНДБ-зображення. Виявлено складну структуру радіоджерела: ядро-джет із джетом, витягнутим на відстань близько 5 кутових мілісекунд на схід. За даними РНДБ спостережень визначено положення станції з точністю в декілька міліметрів. Одержано величину горизонтальної швидкості руху радіоастрономічної станції “Симеїз”.

Ключові слова: активні ядра галактик, радіовипромінювання, радіоджерело, змінність, спектр, густина потоку, джет, радіоінтерферометрія.

Аннотация

Вольвач А.Е. Переменность, структура и спектр радиоизлучения активных ядер галактик по наблюдениям на радиотелескопах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.03.02 - астрофизика, радиоастрономия. Главная Астрономическая обсерватория НАН Украины, Киев, 2003.

Диссертация посвящена исследованию компактных внегалактических радиоисточников - активных ядер галактик, а именно переменности спектров, микроструктуры изображений и их взаимосвязи, в широком диапазоне радиочастот. Основу исследований составляют данные наблюдений этих объектов, полученные автором на радиотелескопе РТ-22 Крымской астрофизической обсерватории, на Вестерборкском радиотелескопе апертурного синтеза, в Европейской сети РСДБ (EVN). Были также использованы результаты наблюдений других авторов - как на одиночных антеннах, так и сетях РCДБ. Исследована переменность излучения в миллиметровом диапазоне длин волн более трех десятков внегалактических радиоисточников. Определены величины амплитуд и моменты максимумов всплесков радиоизлучения. По данным наблюдений квазара ОН 471 на Вестерборкском радиотелескопе апертурного синтеза на частоте 325 МГц за период 1985-1996 гг. выявлена переменность его радиоизлучения; за указанный период плотность потока этого квазара увеличилась в 1.6 раза. Это свидетельствует о том, что радиоисточник ОН 471 переменный на низких частотах. По результатам РСДБ наблюдений на частоте 1.6 ГГц, выявлена сложная структура радиоисточника, состоящая из ядра и выходящей из него струи (“джета”), прослеживаемой на расстояние около 5 угловых миллисекунд на восток. Обнаружен радиоисточник фона с крутым спектром, отстоящий на 2.5' к северу от квазара ОН 471 с потоком 1.45 мЯн на частоте 5 ГГц и 14.5 мЯн на частоте 350 МГц. По данным наблюдений за период 1964 - 1996 гг. в диапазоне частот 0.325-90 ГГц зарегистрирована переменность двухкомпонентного спектра квазара ОН 471, с максимумами на частотах около 1 и 20 ГГц. Плотность потока от низкочастотной компоненты (f<5 ГГц) сначала уменьшалась, а потом увеличивалась, тогда как интенсивность высокочастотной компоненты (f>5ГГц) возросла в конце 1970-х гг. и оставалась постоянной на уровне 2.5 Ян.

Полученные автором данные свидетельствуют о том, что радиоисточник ОН471 является одним из самых мощных в миллиметровом диапазоне волн среди известных квазаров. Его плотность потока на частоте около 20 ГГц, пересчитанная с учетом величины красного смещения z к системе координат, движущейся вместе с источником, равна около 50 Ян. Это значение значительно превышает значения потоков более близких известных мощных квазаров 3С 273 и 3С 279.

Из-за эффекта Доплера частоты наблюдений квазара в системе отсчета источника увеличиваются в (z+1) раз. Следовательно, частоты максимумов спектра, будут соответствовать частотам 4.4 ГГц и 88 ГГц. Можно предположить, что моделью квазара ОН 471 является модель источника с максимумом спектра на Гигагерцах (GPS-источник). Эти радиоисточники характеризуются спектрами с узкими максимумами на гигагерцовых частотах, низкой поляризацией радиоизлучения, высокой радиосветимостью и компактной радиоструктурой. Низкочастотный завал в спектрах источников, возможно, обусловлен поглощением в тепловой плазме. Для источника ОН 471 зарегистрирована высокая мера Фарадеевского вращения 307 рад/м2 и низкая поляризация излучения. Это свидетельствует о высоком содержании тепловой плазмы или в ядре квазара или на пути распространения и в пользу предложенной нами модели. Низкая поляризация излучения может определяться сложностью магнитного поля или высокой мерой фарадеевского вращения. По-видимому, такие источники формируются тогда, когда радиоизлучающая релятивистская плазма сжимается в области узких эмиссионных линий плотной и клочковатой межзвездной средой. Квазары, относящиеся к этому классу источников, имеют большие красные смещения и могут располагаться в протогалактиках с плотной тепловой плазмой и запыленной межзвездной средой.

Определено положение радиоастрономической станции “Симеиз” с точностью в несколько мм. Измерена горизонтальная скорость движения станции в системе ITRF97, равная 32.8+-0.9 мм/год и перемещается в северо-восточном направлении. Определено, что относительно Евразийской тектонической плиты станция “Симеиз” перемещается со скоростью 2.8±0.9 мм/год в этом же северо-восточном направлении.

Ключевые слова: активные ядра галактик, радиоизлучение, радиоисточник, переменность, спектр, плотность потока, джет, радиоинтерферометрия.

Abstract

Volvach О.E. Variability, structure and spectrum of the radio radiation of active galaxies nucleus by observations at radio telescopes. - Manuscript.

Thesis for candidate degree in Physical and Mathematical Sciences by speciality 01.03.02 - Astrophysics, Radioastronomy. - The Main Astronomical Observatory of the National Academy of Science of Ukraine, Kyiv, 2003.

The principal objective of the Thesis is the study of compact extra galaxy radio sources, namely of active galaxies nucleus and their variability, spectrum, VLBI-structure, interaction, in the wide diapason of frequencies of the radio band. The data were obtained by author during observations at the 22-m radio telescope (RT-22) of the Crimean Astrophysical Observatory and with WSRT as well as in the European VLBI Network. The complementing results of observations conducted by another authors both at single antenna and with VLBI sets were also used.

The variations of mm radiation of more than 30 extragalactic radio sources were studied as well as the data on their burst maximum and burst amplitudes were obtained.

The measurements conducted at WSRT allowed us to overlay a gap in low frequencies observations of OH 471 quasar (z=3.4) for 1980 - 1996 period and to provide a strict indication of its variability at 300-400 MHz band at the time scale of ten years. The 1.6 GHz VLBI image shows that ОН 471 has an extended structure likely “core-jet” and its jet is elongated up to 5 milliarcsec to the east.

Estimates of the horizontal velocity of the Simeiz radio astronomical station were obtained using VLBI observations conducted under geo dynamical programs during 1994-2000. The position of the Simeiz station at epoch 1997.0 and its rate of change in the ITRF97 system is following: 32.80.9 mm/yr in the north-east direction. The complete set of 3 million of VLBI observations has been analyzed, which allowed us to conclude that the Simeiz station moves with velocity of 2.80.9 mm/yr in the north-east direction with respect to the Eurasian tectonic plate considered as a rigid.

Keywords: active galaxies nucleus, radiation, radio source, variability, spectrum, flux density, jet, radiointerferometry.

Размещено на Allbest.ru

...