Каталог радиоисточников на 102.5 МГц тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. П.Н. ЛЕБЕД^ВЛр 0 Д АСТРОКОСМИЧЕСКИЙ ЦЕНТ£

'2* 0КТ 2000 '

На правах рукописи УДК 524.7-77

Самодуров Владимир Алексеевич . ''

Каталог радиоисточников на 102.5 МГц.

Специальность 01.03.02 - астрофизика, радиоастрономия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 2000

Работа выполнена в Астрокосмическом Центре Физического института им. П.Н.Лебедева Российской Академии Наук.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук Дагкесаманскпй Р.Д.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Кузьмин А.Д. кандидат физико-математических наук Верходанов О-В.

Ведущая организация:

Государственный Астрономический Институт им. П.К.Штернберга МГУ им. М.В.Ломоносова

Зашита состоится 30 октября 2000 г. в часов на заседании Диссертационного совета Д002.39.01 Физического института им. П.Н.Лебедева Российской Академии Наук по адресу: 117294, Москва, Ленинский проспект, д. 53

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физического института им. П.Н.Лебедева РАН

Автореферат разослан сентября 2000 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета Д002.39.01

к.ф.-м.н. Ю.А.Ковалев

звуг^яге, оз

Общая характеристика работы.

Актуальность темы диссертации. С момента возникновения радиоастрономии как науки обзоры и каталоги радиоиеточнпков были одним из основных методов получения данных об исследуемых объектах. Данные обзоров используются как для изучения отдельных радлоисточ-нпков, так и для всевозможных статистических исследований. На них основано изучение сравнительных свойств различных классов радиоисточников, их морфологии, природы и эволюции. Данные радиообпоров часто используются для проверки космологических моделей строения и эволюции Вселенной. При решении перечисленных проблем анализируются данные радиообзоров, выполненных на различных частотах, зачастую с помощью различных типов инструментов.

Высококачественные наблюдения на волнах метрового и длинноволнового дециметрового диапазонов очень важны для ответов на многие вопросы, касающиеся условий формирования и эволюции нетепловых источников радиоизлучения. При исследовании внегалактических источников радиоизлучения объектами исследования на низких -частотах являются, протяженные структуры внегалактических радиоисточников, размеры которых зачастую превосходят типичные размеры галактик (область звездного населения). Такие объекты имеют крутые спектры, благоприятствующие их наблюдения именно в длинноволновом диапазоне радиоволн. Поскольку такие структуры развиваются в течение всего времени существования радиоисточников, то их морфология несет информацию не только о текущей стадии эволюции внегалактического радиоисточнпка, но и обо всей истории его формирования и взаимодействия с окружающей средой. Поэтому в определенном смысле слова низкочастотную радиоастрономию внегалактических объектов можно назвать "архео-астрономией". ,

Внегалактические объекты исследований низкочастотной радиоастрономии обладают рядом особенностей, облегчающих проведение статистического анализа данных. Так, низкочастотные обзоры практически не обременены мешающим влиянием переменности радиоисточников при исследованиях их статистических свойств (в том числе и подсчетов ра--диоисточников). Одной из характерных черт протяженных внегалактических источников является изотропность их излучательной способности, что также существенно упрощает статистический анализ наблю-

дательных данных, в частности, построение функции радиосветимости, интерпретацию подсчетов радиоисточников и пр.

Как результат, многими авторами обычно признается, что низкочастотные обзоры лучше приспособлены для изучения космологической эволюции радиоисточнпков и Вселенной в целом, а также ее основных космологических параметров.

Активно используются низкочастотные обзоры и ири исследовании объектов нашей Галактики. В случае галактических остатков сверхновых такие наблюдения являются ключевыми для исследования заключительных стадий эволюции этих объектов и ых взаимодействия с межзвездным газом. Наблюдения на низких частотах имеют большое значение и для выяснения природы гигантских петлеобразных структур, выделяемых в фоновом радиоизлучении Галактики. Не менее важными низкочастотные наблюдения оказываются при исследовании радиогало скоплений или радиогало нормальных спиральных галактик.

Цель работы. Целями настоящей работы являются:

1. проведение наблюдений по программе обзора северной полусферы неба на радиотелескопе метрового диапазона БСА ФИАН на частоте 102.5 МГц;

2. разработка и отладка программного обеспечения для обработки наблюдений по программе обзора;

3. составление каталога источников для большого участка северного неба на основе полученных данных;

4. сопоставление полученных данных с другими каталогами, интерпретация полученных результатов.

Научная новизна.

Как мы можем увидеть из таблицы 1, в конце 80-х - начале 90-х гг не существовало достаточно полных каталогов радиоисточников па частотах ниже 178 МГц. И, хотя Харьковский низкочастотный каталог UTR на 10.0-25.0 МГц еще находился в процессе публикации, было очевидно, что глубина этого каталога будет заметно меньшей, чем каталога 4С. К тому же наблюдения на столь низких частотах сопряжены с огромными трудностями ввиду сильного влияния состояния ионосферы, огромного

возмущающего воздействия Солнца и высокого уровня помех в данном частотном диапазоне. Частота наблюдении 102.5 МГц на радиотелескопе БСА подвержена гораздо меньшим влияниям этих эффектов, хотя со многих точек зрения она является уже достаточно низкой частотой.

В ряде работ показано (см., например, [1]), что весьма трудно дать опенку астрофизической значимости имеющимся в литературе данным об изменении значений < а^ >, полученным на основании наблюдений па частотах о^ < 400 п а2 > 1000 МГц, поскольку измеренные в этих частотных диапазонах значения плотностей потоков радпоисточников в основном определяются излучением разных компонент в их структуре- (точечных на высоких частотах и протяженных компонент на низких). В этой же работе отмечено, что для исследования спектров характерных для протяженных оптически тонких на низких частотах компонент (то есть наиболее старых в эволюционном плане структур), в качестве верхней частоты вообще говоря, стоит использовать значения не более ~ 100 МГц, т.к. на на более высоких частотах может быть существенным вклад в измеряемые значения 5 излучения от горячих пятен.

Поэтому очевидно, что каталог наблюдений на нашей частоте, будучи составленным, был бы весьма полезен для статистического анализа многих классов радиопсточников. Необходимо отметить также, что в отличие от большинства других чувствительных низкочастотных обзоров неба (см. таблицу 1 во Введении диссертационной работы) настоящий обзор был выполнен на радиотелескопе с заполненной апертурой в режиме регистрации полной мощности и потому содержит информацию не только о дискретных источниках сравнительно малых угловых размеров, но и о более протяженных, вплоть до 1°. Поэтому потоки даже для самых протяженных источников (размером в градусы) определяются достаточно достоверно.

В то же время такие источники в других каталогах либо вообще не наблюдаются, либо их потоки значительно недооценены. Между тем процент таких источников довольно велик. Так, в каталогах только известных остатков сверхновых (угловые размеры от нескольких минут до градусов) внесено сейчас около 200 источников. Если же мы обратимся к другим обзорам, выполненные на радпо теле скопах с заполненной апертурой (в основном это обзоры обсерватории Грин-Бэнк на высоких

частотах), то получим еще более впечатляющую картину. Так, каталог Грнн-Бэнк на 1400 МГц выполнен с диаграммой 10'xll' (примерно одного порядка с нашей), и содержит немного более 30 тысяч источников. Из них более 3.5 тысяч - протяженных источников (то есть размером около 10' и более), или более 10% от общего числа источников! Между тем практически все существующие низкочастотные обзоры получены либо на системах апертурного синтеза, либо па других корреляционных системах (которым присуще то же свойство недооценки потоков протяженных источников). И диаграммы этих обзоров, за редким исключением (Болонский обзор иа 408 МГц и каталог 4С на 178 МГц), существенно меньше 10'. Ясно, что потоки всех этих источников являются значительно недооцененными в данных обзорах.

Из таблицы 1 диссертационной работы (см. Введение) легко заметить, что распределение каталогов по частотам неравномерно. Так, на коротком логарифмическом отрезке частот в зоне 325-408 МГц расположено сразу три каталога. И мы видим, что наш каталог на частоте 102.5 МГц довольно удачно восполняет отсутствие каталогов в протяженном отрезке частот 38 МГц и 151 МГц. Более того, поскольку каталог 8С на 38 МГц опубликован для склонений более 60°, а каталог UTR несколько менее полон, чем наш на 102.5 МГц, ясно, что для подавляющей части наших данных они являются наиболее низкочастотными из существующих.

Научная и практическая ценность работы. Полученный каталог радпопсточнпков на частоте 102.5 МГц может быть широко использован в дальпейших теоретических и экспериментальных исследований в области низкочастотной радиоастрономии, исследованиях свойств как внегалактических радионсточников, так и объектов иашей Галактики. Данных нашего каталога пригодны как для исследования свойств отдельных объектов, так и для статистического анализа свойств различных классов объектов. Для значительной части из представленных радионсточников наблюдения являются самыми низкочастотными из существующих. В каталоге присутствуют протяженные источники размером порядка градуса, плотности потоков которых в большинстве других каталогов обычно сильно недооценены либо вовсе не наблюдаются.

Предложенная методика обработки данных обзора (небесных ска-нов), может быть распространена на многие виды радиоастрономиче-

склх данных. Данная методика уже апробирована при обработке спектральных профилей мазерных источников Н20, полученных нз наблюдений на частоте 22 ГГц. После незначительной модификации технология обработки может быть применена для обработки наблюдательных профилей излучения пульсаров. Методы и подходы, используемые в методике обработки, могут также позволить улучшить качество обработки РСДБ данных.

Программное обеспечение, созданное для статистического анализа данных различных каталогов в сравнении друг с другом, также может широко использоваться другими исследователями.

Личный вклад автора. Вклад автора был определяющим в части проведения наблюдений, создания математического обеспечения для обработки данных, самой обработки данных, приведшей к созданию каталога, и сопоставления полученных результатов с данными других каталогов. Разработка методики наблюдений п интерпретация результатов производилась совместно с Дагкесаманским Р.Д.

Апробация работы и публикации.

Излагаемые в диссертационной работе результаты исследований неоднократно излагались на научных конференциях — ежегодных конференциях АКЦ ФИЛИ, конференциях ПРАО АКЦ ФИАН — АН СПГУ, конференциях молодых ученых (УЕИАС), Всероссийских конференциях радиоастрономов. Результаты опубликованы в 16 работах (список работ в конце автореферата).

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, трех приложений и списка литературы. К диссертации также прилагаются тексты пакета программ обработки обзора: http://astra.prao.psn.ru/sam/win/progrcat.htm

Работа без списка литературы и приложений изложена на 129 страницах (полностью она занимает 204 страницы), содержит 5 таблиц, 54 рисунка и 163 библиографические ссылки.

Основные результаты, выносимые на

защиту.

1. Составлен каталог радиоисточншсов, включающий 2,696 объектов с плотностями потоков 5ю2 > 3 Ян па 102.5 МГц в зонах склонений 14,1°-33,5° и 67,5°-70,5°, на прямых восхождениях 0Н < а < 24Л .

Каталог основан на наблюдениях, выполненных в 1991-93 гг. на радиотелескопе БСА ФИАН. Общая площадь, охваченная каталогом, составляет более 2 стерадиан. Для значительной части радиопсточ-ников каталога полученные данные являются самыми низкочастотными из существующих. Каталог включает сведения и о достаточно протяженных источниках, которые в большинстве других каталогов вовсе отсутствуют, а если и присутствуют, то с сильно заниженными значениями плотностей потоков.

2. Показано, что представленные каталожные данные характеризуются вполне удовлетворительной полнотой и достоверностью. Так, более 90% радиоисточников даже из числа самых слабых в каталоге (с плотностями потока 3-4 Ян) являются реальными источниками, а полнота данных для этой же группы источников составляет не менее 80%. Достоверность и полнота источников с плотностями потоков более 5 Ян практически равны 100%.

3. Проанализирован качественный состав внегалактических радиоисточников нашего каталога. Отождествление источников нашего каталога вне зоны плоскости Галактики с оптическими объектами различных классов показало, что около 5.1% источников нашего каталога отождествляется с квазарами из каталога [5], 16.4% источников -с радиогалактиками из каталога [6], а 0.5% всех источников отождествляется с близкими галактиками из [7]). Сравнение параметров распределений спектральных индексов квазаров, радиогалактик и оставшихся неотождествленными радиоисточников нашего каталога свидетельствует о том, что последние в подавляющем большинстве являются более далекими/слабыми радиогалактпками.

4. Подтверждена для сравнительно ярких источников и продлена в область существенно более слабых плотностей потоков зависимость "спектральный индекс - плотность потока" для внегалактических радиоисточников, первые указания на которую были получены в работе [2]. Показано, что эта зависимость проявляется в основном при анализе низкочастотных данных. Подтвержден тот факт [3], что она лучше проявляется для квазаров, чем для радиогалактик.

Проанализирована зависимость "спектральный индекс - красное смещение" для внегалактических радиоисточников. Показано, что

она имеет место не только для радиогалактик (на что было указано в работе [4], но и для квазаров с крутыми спектрами.

5. Разработана методика наблюдений, учитывающая особенности радиотелескопа БСА ФИАН и поставленной в данной работе задачи. Для обработки полученных в ходе наблюдений данных разработаны адекватные схема и алгоритм, на основе которых был создан пакет программ обработки данных (в общей сложности около 70 тысяч строк программных кодов). Для улучшения сходимости процесса обработки сформированных в результате применения процедуры CLEAN таблиц ¿-функций использован предложенный автором диссертации алгоритм "конкурентного слияния". Созданный пакет программ позволяет обрабатывать исходную, полученную в ходе обзора NSS102 информацию, а также производить сопоставление дан-пых различных каталогов радиоисточнпков.

Предложен метод оценки качества данных произвольно избранного для тестирования каталога путем совместного сопоставления его данных с более низкочастотным и более высокочастотным каталогами и анализа диаграмм "низкочастотный спектральный индекс -высокочастотный спектральный индекс".

Краткое содержание работы.

Во введении данной диссертационной работы приведена краткая справка о истории проведения обзоров, их значении для радиоастрономии, особенностях низкочастотных обзоров и обоспована необходимость проведения нашего обзора неба на 102.5 МГц.

Первая глава касается методики наблюдений и начальной обработки данных. Наблюдения обзора проводились автором диссертационной работы па основе методики, предложенной Дагкесаманским Р.Д. Программа управления наблюдениями при помощи ЭВМ Мега-125 на базе этой методики паписана автором данной диссертационной работы, также как и процедуры обработки и редакции данных на данном этапе.

Сеанс наблюдений продолжительностью 25 часов представлял собой совокупность 15-секундных циклов. В течение первых 10 секунд цикла в каждом из 8 каналов приемника, соответствующих восьмп лучам радиотелескопа, сканирующих небосвод в плоскости меридиана, снимались значения выходных напряжепий с частотой 10 Гц . В следующие за этим

5 секунд с помощью компьютера производилась чистка полученных восьми массивов чисел от кратковременных помех, оценка среднего н дисперсии по полученным 100 отсчетам. Полученные данные записывались в выходные массивы. В результате суточных наблюдений получались 25 числовых массивов размерностью [239 х 8] каждый для самих данных, 25 таких же массивов для значений их дисперсий, а также калибровочные массивы тестовых сигналов.

Дополнительный к суткам час наблюдений использовался для контроля, а в ряде случаев и для уменьшения эффектов тренда нуля и усиления в приемниках.

В течение суточных наблюдений покрывалась полоска неба ншриной 216 • sec Z угловых минут.

Ширина диаграммы каждого из лучей по уровню 1/2 по прямому восхождению равна:

ва = 47' (1)

а по склонению:

в& = 24' • sec(Z) (2)

Режнм многолучевого приема обеспечивал возможность одновременной регистрации откликов радиотелескопа, соответствующих восьми различным положениям диаграммы направленности с расстоянием между соседними максимумами по склонению, равным

Д6 = Л рад = 27' ■ secZ , (3)

D2 • cosZ

где зенитное расстояние Z = (54°49' — <5) соответствует склонению 6. Данный интервал склонений соответствует половине ширины диаграммы БСА по ее первым нулям. Специально включенный в фидерный тракт "переключатель лучей" позволяет смещать положение всех лучей радиотелескопа па половину указанного интервала, т.е. на 13.5 • secZ угловых минут. То есть каждый участок неба наблюдался вторично в дополнительном сеансе с "гребенкой" из 8 лучей, сдвинутых относительно их положения в первом сеансе на Легко показать, что указанный шаг удовлетворяет теореме Котельникова, а значит потери информации о распределении яркости из-за ее дискретного характера не происходит.

Таким образом, в результате проведенных наблюдений была получена информация о распределении яркости по небу с дискретным шагом по склонению 13.5'-sec(Z) при диаграмме направленности по склонению вида с полной шириной главного лепестка (по нулям) равной 54' -sec(Z).

Калибровка данных состояла из двух этапов:

1) первичной калибровки в условных единицах и

2) привязки шкалы условных единиц к единицам Янеки на основе избранного набора источников с хорошо известными радиоспектрами после получения нами нашего каталога источников.

Использовавшийся способ первичной калибровки данных базировался на снятии 2-х тестовых стандартных сигналов. В течение суток эти два сигнала снимались один раз в час и записывались, являясь обязательной частью наших данных. Калибровка с их помощью производилась уже после наблюдений в ходе обработки и заключалась в нормировке сигнала с неба к разности между известными тестовыми сигналами.

Помимо калибровки, первичная обработка данных включала в себя также редакцию данных - замену сбойных участков данных, исправление скачков сигнала, вклейку заново отнаблюденных участков на место помех на данных (в т.ч. и от дальних боковиков от Солнца).

Во второй главе изложены методы обработки наблюдательных данных обзора. Для целей обработки автором диссертации был полностью разработан и создан специальный пакет программ на основе предложенной им специальной методики, учитывающей особенности радиотелескопа БСА и' наблюдений.

Он позволяет просматривать первичные данные, в случае необходимости производить корректировку отдельных участков записей, используя для этих целей записи той же области неба, полученные в другие дни, после чего обрабатывать наблюдения, выполненные в отдельные дни, объединять результаты обработки участков неба с различными ск.юне-пиями, составлять окончательный список источников и проводить его сопоставление с данными других каталогов. Все программы написаны на языке Turbo Pascal 7.0 и имеют модульную структуру. Общий объем программ составляет около 70 тыс. строк кодов.

В описываемый пакет входит:

программы CATALOG, CATALOG1, CATALOG2 - предназначены для выполнения последовательных этапов обработки данных, SORTIROV,

SLLFILE, SORT, AS-UTIL — предназначены для сортировки, калибровки, статистического анализа и сопоставления наших каталожных данных с другими каталогами.

Работа всех перечисленных программ построена на реагировании на "горячие" клавиши клавиатуры, вызывающие соответствующие операции обработки.

Обработка данных состояла из 5 принципиальных этапов.

1. Редактирование данных и их первичная калибровка.

2. Выделение в каждом скане деталей с характерным масштабом порядка размера диаграммы направленности БСА ФЙАН (т.е. порядка 1°) на более плавно меняющемся фоне в основном галактического происхождения. На выходе данного этапа обработки получаем:

а) наблюдательные сканы с неба после вычитания галактического фона, б) сканы с галактическим фоном, в) списки откликов на точечные источники на небе для каждого скана.

3. Сопоставление результатов обработки соседних сканов (списков откликов на точечные источники на небе для каждого скана) и составление предварительного списка источников с оценкой их координат и плотностей потоков.

4. Использование списка источников, полученного на предыдущем этапе, как нулевого приближения в операции подгонки параметров источников к наблюдательным данным (наблюдательные и откалибро-ванные сканы с вычтенным галактическим фоном - результат этапа (2)). Здесь источники искались в виде произвольно ориентированной эллипсоидальной гауссовой функции (до уровня 0.1 от максимума, далее приравнивалась нулю) методом минимизации невязок с наблюдательными данными.

5. Внесение необходимых поправок, редактирование и статистический анализ полученного списка источников.

Третья глава касается приведения шкалы потоков источников нашего каталога к классической, здесь анализируется качество данных полученного каталога, рассматриваются источники ошибки данных и способы их коррекции и учета. Рассматривается вопрос о полноте данных нашего каталога.

Окончательная шкала плотностей потоков источников определялась путем привязки к большому количеству относительно ярких источников, спектры которых в метровом диапазоне хорошо изучены. Точность привязки нашей шкалы потоков к шкале Келлермана составляет примерно 2-3%. ■

Ошибки плотностей потока источников нашего каталога можно разделить на ошибки не флуктуационного характера, которые не могли быть отражены в итоговых каталожных списках (мы можем лишь оценить ее значение) и случайные ошибки, которые отражены в ошибке вписывания модельного источника в наблюдательные данные и указаны в каталоге.

К ошибкам плотностей потоков не флуктуационного характера следует отнести ошибки калибровки и в первую очередь ошибки нашей шкалы потоков. Сюда следует отнести как общее смещение нашей шкалы потоков, так и плавно меняющиеся влияния на шкалу потоков в пределах наших каталожных данных. Данная ошибка никак не отражается в каталожных данных, п, по нашим оценкам, суммарная ошибка не флуктуационного характера, видимо, не более ±5 — 6% от уровпя сигналов в сканах для конкретного источника в определенной зоне каталога, и не более 2-3% в целом для нашего каталога.

Приведенная в столбце 5 каталога (см. в приложении В к диссертационной работе) относительная ошибка измеренного значения плотности потока в той или иной степени отражает влияние всех возможных источников случахшых ошибок. Но при этом надо пметь ввиду, что соответствующая ей абсолютная ошибка никогда не должна быть меньше среднеквадратичной величины остаточных флуктуации эффекта "путаницы", которая составляет около 0.6 Ян (см. выше).

Итак, результирующая относительная ошибка приведенных значений интегральных плотностей потоков определяется ошибкой вписывания Efiux (или величиной среднеквадратичных флуктуаций "confusion", если последняя превышает величину S -Efiux) и упоминавшейся остаточной ошибкой калибровки Escaiei ~ 0.03:

с л . 0 G

— - 0.03 + max{Efiux] -у) (4)

Следует особо заметить, что в эту опшбку мы не стали включать систематическую ошибку привязки наших данных к шкале Келлермапа {EScaieо ~ 2 — 3%), которую всегда надо иметь в виду при сопоставлении

наших данных с измерениями других авторов.

Для источников с плотностью потока более 5 Ян определялись его угловой размер и ориентация. В случае, когда оценка углового размера источника превышает ~ 20', в каталоге приводятся протяженность большой и малой осей, а также позиционный угол большой оси источника. На модельных данных наш метод вписывания показал точность порядка 10-15% в оценках параметров протяженности, а в определении позиционного угла большой оси источника обычно не хуже ~ 30°. Точность определения этого параметра зависит от отношения размеров большой и малой осей источника. Чем больше различались оси, тем меньше была ошибка.

Отметим, что на публичное рассмотрение мы представляем источники с потоками более 3 Ян, хотя формальный расчет велся вплоть до потоков в 1 Ян (уровень порядка среднеквадратичной величины флукту-аций, обусловленных эффектом "путаницы"). Эти данные о выделенных нами источниках с потоком менее 3 Ян (процент ложных среди них быстро возрастает с уменьшением плотности потока от 3 Ян к 1 Ян) были сохранены и использовались при некоторых дальнейших расчетах. После всех этапов обработки на выходе получается откалиброваный каталог источников в общепринятой нотации.

В четвертой главе приводятся результаты сопоставления данных нашего каталога в сравнении с другими каталогами. Проводится анализ и интерпретация полученных результатов.

Описана методика отождествления нашего каталога с другими данными, учитывающая особенности нашего каталога (в частности, широкую диаграмму наблюдений и, как результат, большой размер бокса ошибок по коордипатам). При оценке полноты и достоверности наших данных в сравнении с другими каталогами достоверность каждого отдельно взятого отождествления не была для нас значима, поскольку нам требовалось лишь учесть количество ложных отождествлений. Оценка величины последних производилась методом контрольных отождествлений нашего каталога при сильном его сдвиге по координатам относительно опорного, заведомо дающее только ложные отождествления.

При анализе спектральных индексов внегалактических радиоисточ-нпков использовались только достаточно надежные однозначные отождествления (без бленд) наших источников с объектами других катало-

гов.

Был произведен обширный статистический анализ результатов сопоставления данных не только нашего каталога с другими каталогами, но и проведен подобный сравнительный анализ некоторых других каталогов друг с другом.

В заключении приводятся основные результаты диссертационной работы и авторский вклад в них.

В приложении Л изложен алгоритм одного из важнейших вспомогательных методов при обработке данных - метода конкурентного слияния.

В приложении В приведен каталог радиоисточников для зон со склонениями 14,1°-33,5° и 67,5°-70,5°.

В приложении С приведен каталог спектральных индексов для 658 радиопсточнпков нашего каталога, нашедших надежное и однозначное отождествление с объектами каталога на 1400 МГц [8].

Публикации по теме диссертации:

1. Р.Д. Дагкесамапский, В.А. Самодуров, В.Р. Шутсиков: "Обзор северной полусферы на частоте 102.5 МГц. Наблюдения, каталог радиоисточников и изофоты."// Пущино, 1993, тезисы XXV конференции по радиоастрономии, с. 24

2. В.А. Самодуров: "Обработка наблюдений по программе обзора северной полусферы на частоте 102.5 МГц."// Пупцшо, 1993, Тезисы XXV конференции по радиоастрономии, с. 25

3. Dagkesamansky R.D., Samodurov V.A.: "Survey of the Nothern sky hemisphere at 102.5 MHz."// XXVI yerac abstracts, 1993

4. Дагкесамапский Р.Д., Самодуров В.А.: "Первые результаты обзора северной полусферы неба на частоте 102.5 МГц."// Пущино, 1995, Тезисы конференции АКЦ ФИАН, с. 74

5. Дагкесамапский Р.Д., Самодуров В.А.: Первые результаты обзора северной полусферы неба на частоте 102.5 МГц. Санкт-Петербург, 1995, Тезисы XXVI конференции по радиоастрономии, с. 42

6. Дагкссамапский Р.Д., Самодуров В.А.-. "Совместное применение математических фильтров и процедуры CLEAN для итерационного выделения дискретных источников или спектральных компонент из одномерных массивов."// Тезисы конференции АКЦ ФИАН, 1996, с. 108

7. Р.Д. Дагкссамапский, В.А. Самодуров: "Пущинский обзор па 102.5 МГц: каталог источников для склонений 27.5-33.5 и 67.5-70.5 градусов."// Санкт-Петербург, Материалы XXVII радиоастрономической конференции, 1997, т.1, с 201-202

8. Самодуров В.А. "Алгоритм метода конкурентного слияния и его использование при обработке радиоастрономических данных." // Москва, 1999, препринт ФИАН N23.

9. Р.Д.Дагкесамапский, В.А.Самодуров, К.А.Лапаев: "Обзор неба на частоте 102.5 МГц: радиоисточники в интервалах склонений 27.5° -33.5° и 67.5° - 70.5°." // Москва, 1999, препринт ФИАН N24.

10. Р.Д.Дагкесамапский, В.А.Самодуров, К.А.Лапаев: "Обзор неба на частоте 102.5 МГц: радиоисточники в интервалах склонений 27.5° -33.5° и 67.5° - 70.5°." // А.Ж., 2000, т. 77, N 1, с. 1-9

11. Самодуров В.А. "Пущинский обзор на 102,5 МГц: обработка данных и составление каталога радиоисточников."// Москва, 2000, препринт ФИАН N11

12. Самодуров В.А. "Метод конкурентного слияния и его применение при обработке радиоастрономических данных." // Москва, 2000, Труды ФИАН, т. 229, с. 207-218

13. Самодуров В.А. "Обзор северной полусферы неба на 102.5 МГц: каталог радпопсточннков и его анализ."// Пущино, 2000, тезисы докладов конференции "Радиоастрономия на пороге XXI века - успехи и перспективы.", с. 35-38.

14. Дагкссамапский Р.Д., Самодуров В.А., Растопшин Д.Я. "Анализ ошибок Пущинский каталога радиоисточников на частоте 102.5 МГц."// Пущино, 2000, тезисы докладов конференции "Радиоастрономия на пороге XXI века - успехи и перспективы.", с. 38-39.

15. Дагкесаманский Р.Д., Самодуров В.А. "Путинский обзор на 102,5 МГц: каталог радиоисточников в зоне склонений 14.1°-28°."// Москва, 2000, препринт ФИАН N31

16. Самодуров В.А. "Путинский обзор на 102,5 МГц: сопоставление с другими каталогами радиоисточников."// Москва, 2000, препринт ФИЛИ N40

Литература.

1. Соколов К.П. Аналпз зависимости средний спектральный индекс-плотность потока для протяженных компонент внегалактических радиоисточников. // А.Ж., 1989, т. 66, с. 1121-1131

2. Р.Д. Дагкесаманский: "Спектры впегалактических источников радиоизлучения."// Диссертация на соискание ученой степени канд. физ.-мат. наук, Москва, 1969.

3. R.D.Dagkesamanskii // Nature, 1970, v.226, р.432.

4. Laing R.A, Peacock J.A. // Mon. Not. R. Astron. Soc., 1980, v. 190, p. 903

5. Veron-Cetty M.P., Veron P. " Quasars and Active Galactic Nuclei (8th Ed.)" // ESO Scientific Report 18 (1998)

6. Veron-Cetty M.-P., Veron P. "A Catalogue of Extragalactic Radio Source Identifications" // Astron. Astropliys. Suppl., 1983, v. 53, p. 219

7. de Vaucouleurs G., de Vaucouleurs A., Corwin E.G., Buta R.J., Paturel G., Fouque P. "Third Reference Catalogue of Bright Galaxies (RC3)" // Springer-Verlag: New York, 1991

8. White R.L., Becker R.II. "The 1.4-GHz Northern Sky Catalog." // Astrophys. J. Suppl. Ser. , 1992, v, 79, p. 331

Введение.

1 Наблюдения.

1.1 Радиотелескоп и радиометр.

1.2 Процесс наблюдений и сбор данных.

1.3 Калибровка данных.

1.4 Влияние различных помех, исключение сбоев данных.

2 Пущинский обзор на 102,5 МГц: методика обработки данных и составления каталога радиоисточников.

2.1 Состав пакета программ и обобщенная блок схема процесса обработки данных.

2.2 Редактирование данных и их первичная калибровка.

2.3 Выделение в каждом скане деталей размера порядка диаграммы.

2.3.1 Постановка задачи и ее принципиальный метод решения.

2.3.2 Алгоритмическое решение проблемы - последовательность обработки данных.

2.3.3 Дальнейшее использование полученных данных -списков откликов на точечные источники.

2.3.4 Иллюстрация качества работы алгоритмов.

2.4 Дополнительная калибровка данных.

2.5 Сопоставление результатов обработки соседних сканов и составление предварительного списка источников с оценкой их координат и плотностей потоков.

2.6 Окончательное вписывание источников в полученные сканы (без фоновой составляющей).

3 Каталог радиоисточников и анализ его ошибок.

3.1 Редакция и анализ каталожных данных.

3.2 Каталог радиоисточников, его полнота и достоверность.

3.3 Анализ систематических и случайных ошибок.

3.3.1 Ошибки измеренных координат.

3.3.2 Ошибки каталога по плотностям потоков источников.

3.3.3 Ошибки параметров протяженности и ориентации источников.

4 Сопоставление данных с другими каталогами.

4.1 Отождествление выделенных радиоисточников с объектами других каталогов.

4.1.1 Методика отождествлений источников нашего каталога с другими данными.

4.1.2 Оценка полноты нашего каталога по результатам отождествлений с другими каталогами.

4.1.3 Анализ интегральных плотностей потока протяженных источников.

4.2 Предварительные подсчеты внегалактических источников и отождествления наших источников с квазарами и радиогалактиками.

4.3 Анализ спектральных индексов.

4.3.1 История вопроса.

4.3.2 Анализ спектральных индексов на основе наших данных.

4.3.3 Анализ множественных отождествлений нескольких каталогов друг с другом. Диаграммы высокочастотный индекс - низкочастотный индекс.

4.3.4 Анализ данных для спектральных индексов квазаров и радиогалактик.

4.3.5 Эффект существования резкой границы распределения спектральных индексов квазаров в зоне больших значений.

4.3.6 Анализ качества данных каталогов методом сопоставления его данных совместно с двумя другими каталогами.

С момента возникновения радиоастрономии как науки обзоры радиоисточников были одним из основных методов получения данных об исследуемых объектах. Данные обзоров используются как для изучения отдельных радиоисточников, так и для всевозможных статистических исследований. На них основано изучение сравнительных свойств различных классов радиоисточников, их морфологии, природы и эволюции. Эти же данные используются и для проверки космологических моделей. Решить все эти проблемы можно только на основе широкого статистического анализа данных радиообзоров, выполненных на различных частотах с помощью различных типов инструментов.

Известно [1], что самыми первыми обзорами можно считать работы Ребера [2,3,4], чьи наблюдения проводились в сравнительно длинноволновом диапазоне (Л = 1.87 м). В метровом диапазоне было выполнено большинство радиоастрономических исследований в конце 40-х и в начале 50-х гг. Недостаточная чувствительность радиоастрономических приемников СВЧ-диапазонов в те годы приводила к тому, что исследования космического радиоизлучения на сантиметровых и более коротких волнах были не очень эффективны.

Первые обширные обзоры неба и каталоги радиоисточников, включающие сотни, а затем и тысячи объектов появились именно в метровом диапазоне волн. К числу таких работ следует отнести изофоты неба и каталог радиоисточников на волне 3.5 м, составленные группой Б.Миллса [5,6, 7], известные Кембриджские каталоги 2С (81.5 МГц) [8], ЗС (159 МГц) [9,10] и 4С (178 МГц) [11,12].

Именно на основе перечисленных и некоторых других обзоров были получены карты распределения спектрального индекса фонового излучения и установлена его синхротронная природа, выделены дисковая и квазисферическая составляющие, обнаружены петлеобразные структуры фонового излучения и протяженные остатки сверхновых. Наконец, именно упомянутые каталоги послужили основой для первых глубоких подсчетов радиоисточников и выводов о том, что наша Вселенная эволюционирует.

Лишь в начале 60-х гг. центр тяжести таких работ начинает смешаться сперва в дециметровый, а затем и в сантиметровый диапазоны волн. Первые такие каталоги включали в себя сначала десятки [13], а потом и сотни объектов [14]. Появление высокочувствительных параметрических и квантовых парамагнитных усилителей, а затем и малошумящих транзисторных усилителей привели к тому, что возможности радиотелескопов дециметрового и сантиметрового диапазонов стали не только сравнимыми, но и больше, чем у инструментов метрового диапазона. Во многом это определялось более высокой разрешающей способностью (и, как следствие, заметно меньшим эффектом путаницы, или "confusion") радиотелескопов на высоких частотах, а также менее сложной помеховой обстановка по сравнению с ситуацией в метровом диапазоне.

В 70-е и 80-е годы радиоастрономы были заняты накоплением наблюдательных данных в различных радиодиапазонах. Были проделаны обширные обзоры неба, приведшие к созданию ряда фундаментальных каталогов радиоисточников (например, [15,16,17, 18-21,22-26,27]). Появились множество работ по измерению плотностей потоков одних и тех же радиоисточников на различных частотах, в том числе и наблюдения в режиме одновременной регистрации потока источника на одном и том же инструменте, но в различных диапазонах длин волн [28,164].

По мере улучшения качества радиоастрономической аппаратуры в последние годы глубокие обзоры источников выполнялись на лучших радиотелескопах современности, среди них нужно отметить системы апер-турного синтеза в Вестерборке (Голландия) [29], в Сокорро-VLA (США, шт. Нью-Мексико) [30,31] и в Кембридже (Англия) [32-43]. Систематическая работа по проведению обзоров и подсчетам радиоисточников ведется также в России на РАТАН-600 (см., например, [17,27,44,164]).

Как уже отмечалось, данные радиообзоров часто используются для проверки различных космологических моделей строения и эволюции Вселенной. При этом основными инструментами для анализа моделей служат так называемые кривые подсчетов Lg(N) — Lg(S), построенные на разных частотах, зависимости "спектральный индекс — плотность потока, функции светимостей для различных типов объектов, зависимость угловых размеров радиоисточников от красного смещения, интегральное фоновое излучение, обусловленное дискретными источниками. Этот далеко не полный перечень необходимых экспериментальных исследований отражает всю сложность проблемы изучения геометрических и эволюционных характеристик Вселенной, а также то, почему эти вопросы до настоящего времени далеки от полного решения. Остановимся чуть подробнее на некоторых из перечисленных статистических методах анализа данных обзоров.

Исследование распределения числа радиоисточников в зависимости от плотности потока.

Подсчеты радиоисточников уже давно активно используются для исследования строения и эволюции Вселенной. Создан обширный инструментарий для работы над данными радиообзоров. За долгие годы проведения поисковых радиообзоров, поставивших оригинальные данные для получения статистических зависимостей подсчетов источников, выработался стандартный механизм обработки информации, содержащейся в первичных каталогах радиоисточников, который включает в себя учет полноты обзора на разных уровнях потоков и достоверности списка источников, влияние шумовых характеристик, а также шумов "путаницы" [45,46,47] и т.д.

В статистической зависимости подсчетов источников присутствуют одновременно все основные параметры Вселенной, характеризующие ее геометрию, пространственное распределение радиоисточников различных классов, изменение функций светимости объектов с космологической эпохой, процесс расширения Вселенной. Используют два вида зависимостей - интегральную 5) (число всех источников ярче определенного потока) и дифференциальную 7г(5) (число источников с потоками, попадающими в интервал плотностей потоков [5,5 + ¿5]). Подробную информацию о том, какие космологические параметры влияют на ход кривых подсчетов, можно найти в [48,49].

Чаще используемое представление та(5) обычно нормируется на зависимость та о (5) ~ 5~5//2, которая соответствует однородной Евклидовой Вселенной. При таком представлении кривые, построенные в логарифмическом масштабе, имеют обычно характерный довольно широкий максимум. На частоте 408 МГц [50] этот максимум приходится на значение ¿>408 ~ 1 Ян, на более высоких частотах максимум лежит в зоне меньших потоков. В литературе широко обсуждаются [51,52,53-55, 56] различия дифференциальных кривых подсчетов источников для разных частот наблюдений. Еще в 60-х гг. было установлено, что на низких частотах (десятки и сотни МГц) число источников растет по мере уменьшения потоков в области относительно больших плотностей быстрее, чем 5~2'5. Это привело к выводу о космологической эволюции радиоисточников - изменения с эпохой их светимости и/или пространственной плотности [57].

Но в диапазоне частот 2700-10000 МГц практически исчезает участок, падающий круче, чем 5~2"5. Зато наблюдается широкий интервал значений потоков радиоисточников 5то;с/5т^п « (0.19-5-3) • 104, в котором кривые дифференциального счета почти согласуются с зависимостью б1-2'5 для евклидовой Вселенной [58]. При понижении частоты обзоров до декаметрового диапазона такой участок согласия с зависимостью 5~2,5 значительно сужается [54]. На основании изложенного многие авторы приходят к выводу, что низкочастотные диапазоны лучше приспособлены для исследования эволюции радиоисточников.

В области малых плотностей потоков 5 < 1 Ян (для 408 МГц) также наблюдается резкое отклонение от зависимости 5-2"5 (падение числа источников), что является следствием геометрических эффектов в релятивистской Вселенной, а также интерпретируется эволюцией функции радиосветимости источников. То есть происходит уменьшение пространственной плотности наиболее удаленных радиоисточников. Видимо, на этом отрезке данных достигается граница возникновения радиоисточников в ранней Вселенной [53].

В последнее время в литературе отмечается еще одна особенность кривых п(5) : в области 5 ~ 10 мЯн (для см-диапазона) их наклоны вновь заметно уменьшаются, что говорит о росте относительного количества самых слабых источников. Этот эффект увеличения плотности источников в зоне слабых потоков (1- 50 мЯн в районе см-диапазона) отмечен во многих работах - [59,60,61] и др. Косвенные свидетельства о существовании роста количества самых слабых источников (видимо, той же самой популяции) давались и для низкочастного обзора на 25 Мгц в [55] методом Р(Б)-анализа слабых флуктуаций на уровне эффекта "путаницы". Этой популяции слабых радиоисточников даются в работах самые различные интерпретации - от предположения, что это популяция источников в нашей галактике или локальная внегалактическая популяция [61] до сверхдалеких крупномасштабных флуктуаций ранней Вселенной [62]. Несмотря на крайнюю дискуссионность вопроса, большинство авторов все же склоняются к выводу, что данный перегиб кривой статистических подсчетов вызван слабыми относительно близкими радиоисточниками с диффузной структурой и крутыми спектрами (спектральный индекс достигает а ~ 1.7 и более) - [55,52,63]. Видимо, данная популяция связана со слабыми спиральными голубыми радиогалактиками [63,52]. Если это так, то наблюдения таких объектов с крутыми спектрами предпочтительнее проводить на низких частотах.

Спектры радиоисточников.

Спектры радиоисточников и статистические свойства их спектральных индексов оказались хорошим инструментом как для понимания физики объектов, так и для исследования эволюции разных классов объектов и взаимосвязи между ними (радиогалактики, квазары, активные ядра галактик и пр.). Информация о спектрах в широком диапазоне волн облегчает задачу их последующего оптического отождествления. Так, уже стало общепринятым считать (см., например, [48]), что объекты с плоским спектром являются компактными, чаще всего квазарами. Доказано (см. [64], что точечные внегалактические объекты (отождествляющиеся обычно с квазарами) обладают малыми (плоскими) спектральными индексами (менее а ~ 0.5), но с большой дисперсией значений (порядка ±0.7 -Ь 1.0 от среднего значения спектрального значения выборки). Напротив, протяженные объекты, отождествляющиеся в оптике с галактиками, имеют обычно крутые спектры с малой дисперсией выборки значений (порядка ±0.35). В результате (см. [64]) объекты с плоскими спектрами (а < 0.5) практически всегда оказываются точечными. Но, поскольку, спектральные индексы для точечных объектов обладают более широкой дисперсией значений, строго обратное утверждение не вполне верно - не все объекты с крутыми спектрами являются протяженными, поскольку около 45% точечных объектов имеют спектральный индекс (о; > 0.5).

Тем не менее во многих работах показывается, что обычно объекты с крутым спектром являются кандидатами на предельно далекие галактики [65,66,44]. В итоге общепринято считать, что плоский спектр свидетельствует о компактном объекте, крутой - скорее о протяженном.

Важно отметить, что эффекты селекции приводят к тому, что в низкочастотные обзоры попадают источники прежде всего с крутыми спектрами (то есть прежде всего протяженные объекты), а высокочастотные каталоги насыщены в основном источниками с плоскими спектральными индексами (см., например в [48,56]). Именно поэтому плоские спектры называют иногда спектрами с "сантиметровым избытком" потока.

С конца 60-х - начала 70-х годов в литературе было начато обсуждение (см., например, [67]) особенностей статистических свойств отдельных параметров для различных классов радиоисточников. Этот вопрос сохраняет свою актуальность до настоящего времени - до сих пор в литературе, в частности, обсуждается вопрос о зависимости спектрального индекса от красного смещения [68] для разных классов радиоисточников.

Также до сих пор дискутируется вопрос о существовании зависимости средних спектральных индексов внегалактических радиоисточников от плотности потока. В [69] она была обнаружена и было установлено, что спектр более слабых источников из каталога ЗС в среднем более крутой. Тем не менее в настоящее время в литературе накоплен полный набор возможных заключений относительно реальности существования такой корреляции. В отличие от работ [69,70,71] в работах [72,52] утверждается об отсутствии статистически значимой зависимости на основе исследования спектральных индексов по данным на частоте 408 МГц. В работе [56] также, выражаются сомнения в существовании такой зависимости и строится математическая модель, объясняющая поведение функций Ьод[Ы) — Ьод{8) изменением относительного числа радиоисточников с плоскими и крутыми спектрами в зависимости от частоты наблюдений. Наконец, в работе [73] указывается, что отчетливо существует такая зависимость для класса источников с протяженными компонентами и крутыми спектрами на низких частотах. Так что вопрос все еще остается открытым и требует широкого привлечения и анализа экспериментальных данных на различных частотах. Но по совокупности литературных данных тем не менее можно с определенностью утверждать, что данная зависимость гораздо чаще отмечается все же на низких частотах [70,52,71].

Переменность радиоисточников.

Одно из первых сообщений Шоломицкого в 1965 г. [74] об обнаружении переменности потоков некоторых внегалактических источников - не нашло немедленного независимого подтверждения и прошло мало-замеченным. В результате в литературе обычно честь обнаружения переменности приписывается Денту [75]. Со времени открытия в 1965 г. Дентом [75] переменности потоков внегалактических радиоисточников появилось много наблюдательных работ по исследованию этого явления на всех радио диапазонах на временных масштабах от часов и дней [76,77] до нескольких лет [78-82]. Продолжительные ряды наблюдений существуют уже не только для наиболее сильных радиоисточников [78,79,80], но и для выборок источников, полных по потокам вплоть до малых значений [81]. У нас в стране аналогичные работы проводятся в С АО [82,83]. Изучение полных выборок радиоисточников позволяет обнаружить все характерные времена переменности и получить основные зависимости, свойственные классу переменных источников.

Замечено [82,84], что переменность - весьма характерное свойство источников с плоскими (а < 0.5) спектрами - чем более плоский спектр, тем более переменен поток. Это хорошо согласуется (и объясняется) с тем, что объекты с плоскими спектрами имеют обычно компактные размеры (см., например, в [65,66,44]).

В некоторых работах [82] найдено, что степень переменности уменьшается с увеличением абсолютной радиосветимости и красного смещения.

Требуется отметить, что, вообще говоря, переменность радиоисточников является фактором, существенно осложняющим анализ данных радиообзоров. Так, она приводит к искажениям хода кривой подсчетов радиоисточников, поскольку выборки менее многочисленных ярких источников отягощаются значительным числом источников из гораздо более многочисленного класса, имеющих в среднем поток существенно ниже, но за счет переменности наблюдаемых в данный момент в более яркой выборке.

Давно известно, что существует рост относительной величины переменности с ростом частоты. Как результат, на низких частотах переменность источников выражена гораздо слабее [84,85] - переменная плотность потока обычно составляет не более 10-30%, поэтому здесь она открыта лишь в 1972 г. [86]. Из этого факта с очевидностью следует, что низкочастотные обзоры практически не обременены мешающим влиянием переменности радиоисточников при исследованиях их статистических свойств (в том числе и подсчетов радиоисточников).

Особенности низкочастотных обзоров радиоисточников и необходимость их проведения.

Как мы видели из представленного беглого исторического обзора, сложилось так, что, хотя радиоастрономия начинала свое становление с наблюдений в длинноволновой части спектра радиоволн (метры и декаметры), в дальнейшем основное внимание исследователей было перенесено на более коротковолновые диапазоны (дм, см и мм).

Но в результате переосмысления всех радиоастрономических данных в последние годы вновь наблюдается заметный рост интереса к низкочастотным наблюдениям в радиоастрономии. Об этом свидетельствуют многие факты. Так, в частности, созданные в свое время для работы в сантиметровом и дециметровом диапазоне волн системы апертурного синтеза УЬА (США) [87] и ЭДБЯТ (Нидерланды) [88] в последние годы стали использоваться и в метровом диапазоне волн, только за последние 10 лет были опубликованы низкочастотные кембриджские каталоги 6С [32-37], 7С [38-41] и 8С [42,43], Техасский каталог [89] на частоте 365 МГц и Миюнский каталог [90], составленный на частоте 232 МГц. Наконец, в настоящее время близится к завершению создание нового многоэлементного радиотелескопа метрового диапазона волн СМИТ (Индия), который откроет прекрасные возможности для исследований радиоисточников в метровом диапазоне волн с высоким угловым разрешением.

И это, конечно, не случайно. Дело в том, что высококачественные наблюдения на волнах метрового и длинноволнового дециметрового диапазонов очень важны для ответов на многие вопросы, касающиеся условий формирования и эволюции нетепловых источников радиоизлучения.

В случае галактических остатков сверхновых такие наблюдения [91-94, 95-97] являются ключевыми для исследования заключительных стадий эволюции этих объектов и их взаимодействия с межзвездным газом. Наблюдения на низких частотах имеют большое значение и для выяснения природы гигантских петлеобразных структур, выделяемых в фоновом радиоизлучении Галактики. Не менее важными низкочастотные наблюдения оказываются при исследовании радиогало скоплений или радиогало нормальных спиральных галактик.

При исследовании внегалактических источников радиоизлучения объектами исследования на низких частотах являются, протяженные структуры внегалактических радиоисточников, размеры которых зачастую превосходят типичные размеры галактик (область звездного населения). Такие объекты имеют крутые спектры, благоприятствующие их наблюдения именно в длинноволновом диапазоне радиоволн. Поскольку такие структуры развиваются в течение всего времени существования радиоисточников, то их исследования позволяют представить нам не только эволюцию самих внегалактических радиоисточников, но и историю их взаимодействия с окружающей средой. Это позволяет воссоздать, помимо прочего, и историю всей Вселенной. Поэтому в определенном смысле слова низкочастотную радиоастрономию внегалактических объектов можно назвать "архео-астрономией".

Объекты исследований низкочастотной радиоастрономии обладают рядом особенностей, облегчающий проведение статистического анализа данных. Помимо уже описанного выше практически полного отсутствия переменности радиоисточников, есть и другие особенности, существенно упрощающего картину исследований свойств внегалактических радиоисточников.

Так, одной из характерных черт протяженных внегалактических источников является изотропность их излучательной способности. В отличие от излучения активных галактических ядер и околоядерных дже-тов (которое проявляет себя в основном на высоких частотах), светимость этих компонент практически одинакова во всех направлениях. Это обстоятельство существенно упрощает статистический анализ наблюдательных данных, в частности, построение функции радиосветимости, интерпретацию подсчетов радиоисточников и пр.

Поскольку за излучение на низких частотах ответственны протяженные структуры внегалактических источников, а на высоких частотах основную его долю составляет излучение компактных компонент, необходимо соблюдать осторожность при сопоставлении данных на существенно различных частотах. Так, в [71] показано, что весьма трудно дать оценку астрофизической значимости имеющимся в литературе данным об изменении значений < а^2 >, полученным на основании наблюдений на частотах а 1 < 400 и а;2 > 1000 МГц, поскольку измеренные в этих частотных диапазонах значения плотностей потоков радиоисточников в основном определяются излучением разных компонент в их структуре (точечных на высоких частотах и протяженных компонент на низких). В этой же работе отмечено, что для исследования спектров а^, характерных для протяженных оптически тонких на низких частотах компонент (то есть наиболее старых в эволюционном плане структур), в качестве верхней частоты ^ вообще говоря, стоит использовать значения не более ~ 100 МГц, т.к. на на более высоких частотах может быть существенным вклад в измеряемые значения 5 излучения от горячих пятен.

Такие различия в свойствах радиоисточников на разных частотах проявляются и в виде дифференциальных зависимостей число источников -плотность потока гг(5), полученных на низких и высоких частотах [54,51] (см. выше).

Как результат, многими авторами обычно признается, что низкочастотные обзоры лучше приспособлены для изучения космологической эволюции радиоисточников и Вселенной в целом, а также ее основных космологических параметров.

Низкочастотные исследования радиоисточников в Пущин-ской радиоастрономической обсерватории.

Именно в длинноволновой части спектра еще с 60-х годов активно ведутся исследования в Пущино, на Радиоастрономической станции (с 1996 г. - обсерватории) ФИАН. С самого основания Пущинской Радиоастрономической Обсерватории (ПРАО) в 1956 г. данное направление было одним из ведущих в научных исследованиях ее коллектива.

Уже в 1962 г. на первом инструменте обсерватории (радиотелескопе РТ-22) Кузьминым А.Д. был создан первый в мире каталог нескольких десятков радиоисточников в дециметровом диапазоне [13]. После этого на обсерватории построено несколько специализированных инструментов для проведения низкочастотных радионаблюдений, наиболее известными из которых являются крестообразная антенна ДКР-1000 [98] и БСА [99,100]. На них выполнено множество работ по изучению особенностей различных классов объектов, от пульсаров и остатков сверхновых до внегалактических радиоисточников.

Перечислим основные направления исследований обсерватории в области низкочастотной радиоастрономии.

Еще в середине 60-х гг. выполнены измерения плотностей потоков свыше 500 ярких радиоисточников северного неба на частотах 38, 60 и 86 МГц [101-103]. Данные на частоте 86 МГц были использованы в последующем для статистического анализа распределения источников по спектральным индексам. Самым значительным результатом этого анализа явилось обнаружение зависимости средних спектральных индексов внегалактических радиоисточников от плотности потока [69].

На обсерватории проводились обширные исследования структуры радиоисточников, проведенные в результате создания длинноволнового интерферометрического комплекса, рассчитанного на наблюдения на частоте 86 МГц [104]. На ней был проведен обширный цикл наблюдений около полутора сотен источников ЗС каталога на интерферометре с переменной базой. Для низкочастотных наблюдений достигнутые угловые масштабы [105] (порядка 1") были рекордными на то время (начало 70-х гг). Наибольшую ценность полученные данные представили для статистического анализа структурных особенностей радиогалактик и квазаров (см. [106] и приведенные там ссылки).

С середины 70-х гг. для получения сведений о структуре компактных радиоисточников в метровом диапазоне волн в ПРАО ФИАН активно используются наблюдения мерцаний этих источников на неоднородностях межпланетной плазмы. В работах [107,108] подробно исследован вопрос о влиянии размеров источников на спектр мощности их мерцаний на неоднородностях межпланетной плазмы. Интерпретация многочисленных последующих наблюдений мерцаний радиоисточников различных типов [109-118], основывается именно на этих результатах решения прямой задачи.

Велось систематическое исследование галактических источников радиоизлучения в метровом диапазоне волн. Используя оценки угловых размеров источников, мерцающих на неоднородностях межпланетной плазмы, были исследованы характеристики рассеивающих свойств межзвездной среды в различных направлениях. Проводились активные исследования остатков вспышек сверхновых [95,96,97]. Ряд работ были уделены области центра Галактики [119,120] и исследованиям флуктуации Галактического фона [124-126].

Заметное место в исследованиях радиоисточников на РАС ФИАН в 80-е гг. занимали наблюдения скоплений галактик, выполненные главным образом на радиотелескопе БСА ФИАН. Полученные данные позволили построить функцию радиосветимости скоплений галактик на частоте 102 МГц [121], найти зависимость радиосветимости скопления в метровом диапазоне волн от его богатства [122], а также исследовать корреляцию рентгеновской и радио- светимостей для богатых скоплений галактик Эйбла [123].

Пущинская обсерватория широко известна также обширным циклом работ, посвященным низкочастотным исследованиям пульсаров, но данная тема выходит далеко за рамки представленной работы.

Таким образом, мы видим, что на Пущинской обсерватории создана мощная научная школа с обширными традициями, посвященная низкочастотным исследованиям многих классов объектов, изучаемых радиоастрономией. Имеются также наблюдательные инструменты для низкочастотного диапазона волн. Такой научный задел позволяет ставить многие серьезные задачи. И одной из них являются обзорные наблюдения радиоисточников. В обсерватории давно ведутся подобные работы, но касались они в основном обзоров лишь отдельных классов радиоисточников. Например, это обзоры компактных радиоисточников методом мерцаний на межпланетной плазме [109-118], обзоры остатков сверхновых [95,96], флуктуации Галактического фона [124-126]. Решено было поставить задачу для более маштабного обзора радиоисточников всей северной полусферы неба на частоте 102.5 МГц посредством антенны БСА.

Постановка задачи.

Как мы можем увидеть из таблицы 1 на стр.16, в конце 80-х - начале 90-х гт не существовало достаточно полных каталогов радиоисточников на частотах ниже 178 МГц. И, хотя Харьковский низкочастотный каталог UTR на 10.0-25.0 МГц [22-26] еще находился в процессе публикации, было очевидно, что глубина этого каталога будет недостаточной по сравнению с классическим каталогом 4С. К тому же наблюдения на столь низкой частоте сопряжены с огромными трудностями ввиду крайней неустойчивости состояния ионосферы и огромного возмущающего влияния Солнца на данной частоте. Частота наблюдений 102.5 МГц на радиотелескопе БСА подвержена гораздо меньшим влияниям этих эффектов, оставаясь в то же время практически на краю наблюдательного низкочастотного диапазона.

Еще раз повторим, что в некоторых работах (см., например, [71]) отмечается, что именно район частот около 100 МГц является границей (хотя и несколько условной), ниже и выше которой измеренные значения плотностей потоков радиоисточников в основном определяются излучением разных компонент внегалактических радиоисточников (оптически тонких на низких частотах и более плотных на более высоких).

Поэтому было очевидно, что каталог наблюдений на нашей частоте, будучи составленным, был бы весьма полезен для статистического анализа многих классов радиоисточников. Необходимо отметить также, что в отличие от большинства других чувствительных низкочастотных обзоров неба [11-12, 32-37, 38-41, 42-43, 89, 90] (см. таблицу 1 на стр.16) настоящий обзор был выполнен на радиотелескопе с заполненной апертурой в режиме регистрации полной мощности и потому содержит информацию не только о дискретных источниках сравнительно малых угловых размеров, но и о более протяженных, вплоть до 1°. Поэтому потоки даже для самых протяженных источников (размером в градусы) определяются достаточно достоверно (см. анализ каталожных данных в последней

Таблица 1. Сравнительные характеристики основных низкочастотных радиообзоров и некоторых высокочастотных.

Название Частота Зона на небе Число Мин. Диаграм- Способ Год

МГц) источ. поток, Ян ма при г=90°-НРВ\¥ в угл.мин. наблюдений публ. иты 10.0 - 25.0 -13°<5<+60° 1754 10.0 -30 Корреляц. 1978-94

8С 38.0 8>60° 5859 1.0 4.5 Апер.синтез 1990-98

N88102 102.5 -5°<5<+80° -8000 -3.0 24x47 Полномощн. 1999-.

6С 151.0 Неск. зон -30000 -0.15 4.5 Апер. синтез 1985-93

4С 178.0 -7°<5<+80° 4844 2.0 15x7.5 Апер. синтез 1965-67

УКуип виг. 232.0 8>+30° 34462 0.3 3.8 Апер. синтез 1997

WENSS 325.0 8>+30° 229420 0.018 0.9 Апер. синтез 1998

Техав 811Г. 365.0 -35°<8<+71° 66841 0.25 -0.1 Апер. синтез 1996

Во1о§па-2 408.0 +24°<8<+40° 9929 0.2 3x10 Корреляц. 1970-73

Во1о§па-3 408.0 +37°<8<+47° 13354 0.1 3x5 Корреляц. 1985

WB92 1400.0 -5°<8<+82° 31524 0.1 10x11 Полномощн. 1992

СВ6 4850.0 0°<8<+75° 75162 0.018 -3.5 Полномощн. 1996 ] главе).

В то же время такие источники в других каталогах либо вообще не наблюдаются, либо их потоки значительно недооценены. Между тем процент таких источников довольно велик. Так, в каталогах только известных остатков сверхновых (угловые размеры от нескольких минут до градусов) внесено сейчас около 200 источников - [95-96, 91-94]. Если же мы обратимся к другим обзорам, выполненные на радиотелескопах с заполненной апертурой (в основном это обзоры обсерватории Грин-Бэнк на высоких частотах [66,16]), то получим еще более впечатляющую картину. Так, каталог на 1400 МГц [66] выполнен с диаграммой 10'xll' (примерно одного порядка с нашей), и содержит немного более 30 тысяч источников. Из них более 3.5 тысяч - протяженных источников (то есть размером около 10' и более), или более 10% от общего числа источников! Между тем практически все существующие низкочастотные обзоры получены либо на апертурных системах, либо на корреляционных (которым присуще то же свойство недооценки потоков протяженных источников).' И диаграммы этих обзоров, за редким исключением (Болонский обзор на 408 МГц и каталог 4С на 178 МГц), существенно меньше 10'. Ясно, что потоки всех этих источников являются значительно недооцененными в данных обзорах. Стоит, правда, отметить, что из той же работы [66] видно, что протяженные источники имеют некоторую тенденцию группироваться около плоскости Галактики. И недооценка потоков все же в большей степени касается радиоисточников нашей Галактики.

Для составления каталога источников и построения карт распределения яркости на частоте 102.5 МГц были выполнены на радиотелескопе БСА ФИАН наблюдения по программе полного обзора северного неба в конце 80-х годов и в 1991-93 гг. Первая серия наблюдений касалась в основном Исследования флуктуации фона неба [124-126]. Мы излагаем здесь всюду результаты второй серии наблюдений. В результате данного обзора была покрыта область неба со склонениями —5° < 8 < +80°. Первая часть каталога источников со склонениями 27,5°-33,5° и 67,5°-70,5° была представлена в работах [156,157]. В данный момент обработана и сдана в печать также полоса данных для склонений 14,1°-27,5° [161,162]. В итоге сейчас полностью обработаны данные для склонений 14,1°-33,5° и 67,5°-70,5°, с прямым восхождением 0h < а < 2АН.

Из таблицы 1 легко заметить, что распределение каталогов по частотам неравномерно. Так, на коротком логарифмическом отрезке частот в зоне 325-408 МГц расположено сразу три каталога. И мы видим, что наш каталог на частоте 102.5 МГц довольно удачно восполняет отсутствие каталогов в протяженном отрезке частот 38 МГц и 151 МГц. Более того, поскольку каталог 8С на 38 МГц опубликован для склонений более 60°, а каталог 11ТП несколько менее полон, чем наш на 102.5 МГц, ясно, что для подавляющей части наших данных они являются наиболее низкочастотными из существующих.

Итак, целями настоящей работы являлись:

1) проведение наблюдений по программе обзора северной полусферы неба на радиотелескопе метрового диапазона БСА ФИ АН;

2) разработка и отладка программного обеспечения для обработки наблюдений по программе обзора;

3) обработка полученных данных и составление каталога источников для большого участка северного неба;

4) сопоставление полученных данных с другими каталогами, интерпретация полученных результатов.

В конце введения остановимся на структуре дальнейшего изложения диссертационной работы. Глава 1 посвящена методике наблюдений и начальной обработки данных. В главе 2 изложены методы обработки наблюдательных данных обзора. В главе 3 анализируется качество данных полученного каталога посредством различных способов тестирования. В главе 4 приводятся результаты сопоставления данных нашего каталога в сравнении с другими каталогами, проводится анализ и интерпретация полученных результатов.

В заключении перечислены основные результаты представленной диссертационной работы и указан авторский вклад в них.

В приложении А изложен алгоритм одного из важнейших вспомогательных методов при обработке данных; в приложении В приведен созданный нами каталог радиоисточников для зон со склонениями 67,5°-70,5° и 14,1°-33,5°; в приложении С приведен каталог спектральных индексов для 658 радиоисточников нашего каталога, нашедших надежное отождествление с объектами каталога на 1400 МГц [66].

К диссертации также прилагаются тексты пакета программ обработки обзора: http://astra.prao.psn.ru/sam/win/progrcat.htm