Многочастотные поляризационные исследования компактной радиоструктуры объектов типа BL Lacertae тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

Список иллюстраций.v

Список таблиц. . . . . . . vii

1 Введение

1.1 Объекты типа BL Lac. Открытие

1.2 Наблюдаемые свойства.

1.2.1 Переменность.

1.2.1.1 Радиодиапазон

1.2.1.2 Оптический и ИК-диапазон.

1.2.1.3 U V-диапазон.

1.2.1.4 Рентгеновский диапазон.

1.2.1.5 Гамма-диапазон.

1.2.2 Спектральные линии.

1.2.3 Хозяйские галактики и окружение.

1.2.4 Радиоструктура.

1.2.4.1 Килопарсековые масштабы, FR I источники

1.2.4.2 Парсековые масштабы.

1.3 Гравитационное микролинзирование

1.4 Выборки объектов типа BL Lac.

1.4.1 Рентгеновские выборки.

1.4.2 Оптические выборки.

1.4.3 Радиовыборки. Выборка Кура и Шмидта

1.5 Мотивация и цели работы.

1.6 Состав диссертации.

2 РСДБ-наблюдения и обработка данных

2.1 История развития РСДБ.

2.2 РСДБ как основной инструмент изучения АГЯ.

2.3 Основные принципы интерферометрии.

2.3.1 Простой интерферометр.

2.3.2 Отклик интерферометра на точечный источник

2.3.3 Случай протяженного источника.

2.3.4 Отличия метода РСДБ от обычной интерферометрии

2.4 Построение радиокарт источников.

2.4.1 Первичная калибровка данных наблюдений.

2.4.2 Процедура гибридного картографирования.

2.4.2.1 Алгоритм "CLEAN".

2.4.2.2 Метод замкнутых фаз и самокалибровки

2.4.3 Поляризационная калибровка.

3 Интегральные меры вращения лацертид

3.1 Введение. Постановка задачи и стратегия наблюдений

3.2 Наблюдения.

3.3 Результаты наблюдений.

3.3.1 Радиоструктура 0119 + 115 и 0235 +

3.3.2 Интегральные меры вращения и их природа.

Заключение

В диссертации проведено исследование компактной радиоструктуры полной выборки радиоярких лацертид Северного неба с помощью многочастотных РСДБ-наблюдений. В работе получены следующие новые результаты

1. Получены интегральные меры вращения для 15 источников, завершившие ряд измерений ЯМ для всех 34 объектов типа ВЬ Ьасет^ае из полной выборки. В большинстве случаев полученные значения меры вращения обусловлены прохождением излучения через межзвездную среду Галактики и, таким образом, имеют внешнюю по отношению к источнику природу.

2. Получены оценки скоростей собственных движений для шести источников. Среднее значение видимой скорости для 16 источников — сверхсветовое и составляет 3.7сЬгх.

3. Построены гистограммы распределения \в — х\ Для джет- и ядер-копонентов с информацией о всех источниках выборки, в которых были возможны соответствующие измерения. Подтверждены наметившийся в предыдущих работах [53] бимодальный характер распределения \в — Хсоге| и тенденция Хзег располагаться преимущественно параллельно направлению джета.

4. Подтверждена преимущественно поперечная ориентация магнитного поля во внутренних частях РСДБ-джетов лацертид из выборки Кура и Шмидта и пересмотрена ее интерпретация в пользу модели спирального магнитного поля с относительно большим питч-углом.

5. Обнаружены признаки взаимодействия РСДБ-выбросов с окружающей средой в четырех источниках, связанные с образованием оболочек с продольным магнитным полем. Обосновано предположение о механизме формирования оболочечной структуры.

6. Обнаружен эффект неоднородного распределения меры врашения с резкими градиентами для источника 0820 + 225 на декапарсеко-вых масштабах, что свидетельствует о наличии заметного количества тепловой плазмы в непосредственной близости от активного ядра. Получена нижняя оценка величины магнитного поля В ~ 12 — 14 мкГс на расстоянии нескольких десятков парсек от РСДБ-ядра. Самые вероятные значения магнитного поля лежат в интервале от 60 до 180 мкГс, причем соответствующие значения концентрации тепловых электронов Ne лежат в интервале от 102 до Ю3 см-3 и длины пути С в интервале от 0.01 до 0.25 пс.

В заключение автор выражает искреннюю благодарность Николаю Семеновичу Кардашеву за поддержку работы и, особенно, Денис Табу зде за многолетнее научное руководство, своевременные замечания и советы, конструктивную критику, а также за неоценимый опыт научной работы.

Я благодарен Тиму Ковторну, Леониду Ильичу Гурвицу, Хосе Луис Гомес за обсуждение отдельных частей работы, вошедших в диссертацию, за ценные замечания и комментарии.

Также хотелось бы отметить Joint Institute for VLBI in Europe (JIVE), где была выполнена значительная часть работы.

Хочу выразить особую признательность Григорию Самуиловичу Царевскому, без своевременной и регулярной поддержки которого данная работа была бы вряд ли возможна.

Фарадеевское вращение

Частично ионизованный межзвездный газ, пронизанный магнитным полем, является магнитоактивной средой. При типичных условиях в межзвездной среде плазменная частота е2Л01/2 ир = и гирочастота

7г те 8.98 • 103]Уе1/2 Гц , [ЛУ = см" еВ

Ра = --= 2.8 ■ 106В Гц , ГВ1 = Гс

2 тгтес намного меньше, чем частоты радионаблюдений, 107 < и < 1011 Гц, поскольку в межзвездной среде концентрация электронов не превышает как правило значения = 1, а магнитное поле очень слабо и по порядку величины составляет В = 10~6 — Ю-5 Гс. При таких условиях позиционный угол электрического вектора линейно поляризованного излучения испытывает вращение при распространении излучения через область тепловой плазмы с однородным магнитным полем. Этот эффект известен как Фарадеевское вращение.

Природа явления связана с тем, что линейно поляризаванная волна может рассматриваться как сумма двух поляризованных по кругу волн равной амплитуды с противоположными направлениями вращения. В случае квазипродольного распространения (угол <р между направлением распространения волны и направлением магнитного поля мал), показатель преломления равен [64] nf2 = 1- (Vf .

1 ± \yqlv) COS<£>

Из приведенного выше дисперсионного соотношения разница показателей преломления составит (учитывая, что vp/v С 1 и vgjv <С 1) л vlv а п = » COS </?. И

При распространении волны на расстояние dl, фазовая разница этих двух мод равна

2ТТРАП а^р =-dl. с

Суммируя две циркулярно поляризованные волны, направление линейно поляризованного электрического вектора вращается на угол dO — dip/2. Таким образом

7П d9 = —cos ip dl cuz или е3А2 1Г

О — 27ГС4ш2 У ^еВ СОЭ <р <11.

В системе единиц, обычно используемой при астрономических расчетах I

9 = В,М А2 = 8.1 х 105А217УеБц Ш , о где В|| — компонента магнитного поля, параллельная лучу зрения, [Бц] = Гс, [/] = пс, [ТУе] = см-3, [9] = рад. Таким образом, отношение 9/А2, называемое мерой вращения, дает информацию об интегральном значении величины МеВ\\ вдоль луча зрения. Знак меры вращения отражает средне взвешенное направление магнитного поля вдоль луча зрения.

1. Abraham, R. G., McHardy, 1. M., and Crawford, C. S. 1991, M.N.R.A.S., 252, 482.

2. Aller, H. D., Aller, M. F., Latimer, G. E., and Hodge, P. E. 1985, Ap3 (Suppl), 59, 513.

3. Aller, M. F., Aller, H. D., and Hughes, P. A. 1991, in Variability of Active Galactic Nuclei, eds. H. R. Miller, & P. J. Wiita (Cambridge University Press, Cambridge), p. 184.

4. Aloy, M. A., Gomez, J. L., Ibanez et al. 2000, ApJ, 528, 85.

5. Antonucci, R. R. J., and Ulvestad, J. S. 1985, ApJ, 294, 158.

6. Antonucci, R. R. J., Hickson, P., Oleszewski, E. W., and Miller, J. S. 1986, A3, 92, 1.

7. Antonucci, R. R. J. 1993, Ann. Rev. Astron. Astrophys., 31, 473.

8. Attridge, J. M., Roberts, D. H., and Wardle, J. F. C. 1999, Ap3, 518, 87.

9. Agudo, I. et al., готовится к печати.

10. Bââth, L. В., and Zhang, F. J. 1991, ABA, 243, 328.

11. Bade, N., Beckman, V., Douglas, N. G., et al. 1998, A&A, 334, 459.

12. Bahcall, N. A., 1981, Ap3, 247, 787.

13. Baum, S. A., Zirbel, E. L., and O'Dea, C. P. 1995, ApJ, 451, 88.

14. Belokon, E. T., and Babadzhanyants, M. K. 1999, in BL Lac Phenomenon, eds. L. O. Takalo and A. Sillanpää (ASP Conference Series), 159, p. 127.

15. Benitez, E., Dultzin-Hacyan, E., Heidt, J., et al. 1996, ApJ, 464, L47.

16. Biggs, A. D., Koopmans, L. V. E., Fassnacht, C. S. 2000, in New Cosmological Data and the Values of the fundamental Parameters, I A U Symposium 201, 44.

17. Blandford, R. D., and Payne, D. G. 1982, M.N.R.A.S., 199, 883.

18. Blandford, R. D., Netzer, H., and Woltjer, L. 1990, in Active Galactic Nuclei, (Springer-Verlag, Berlin), p. 161.

19. Blandford, R. D., McKee C. F., and Rees, M. J. 1977, Nature, 267, 211.

20. Blandford, R. D., and Rees, M. J. 1978, in Pittsburgh Conference on BL Lac Objects, ed. A. M. Wolte (University of Pittsburgh, Pittsburgh), p. 328.

21. Br ace well, R.N., and Roberts, J.A. 1954, Austr. J. Phys., 7, 615.

22. Bridle, A. H. 1991, in Testing the AGN Paradigm, eds. S. Holt, S. Nett, &; C. M. Urry (New York: American Institute of Physics), p. 386.

23. Browne, I. A. W. 1983, M.N.R.A.S., 204, 23.

24. Burbidge, G., and Hewit, A. 1987, AJ, 92, 1.

25. Burn, B. J. 1966, M.N.R.A.S, 133, 67.

26. Carrasco, L., Dultzin-Hacyan, D., and Cruz-Conzales, I., 1985, Nature, 314, 146.

27. Carswell, R. E., Strittmatter, R A., Williams, R. E. et al. 1974, ApJL, 190, 101.

28. Catanese, M., Akerlof, C. W., Badran, H. M., et al. 1998, ApJ, 501, 616.

29. Cawthorne, T. V., Wardle, J. F. C., Roberts, D. H. et al. 1993, ApJ, 416, 496.

30. Corbett, E., Robinson, A., Axon, D. et al. 1996, M.N.R.A.S., 281, 737.

31. Cotton, W. D. 1993, AJ, 106, 1241.

32. Dennett-Thorpe, J., and de Brnyn, A. G. 2000, ApJ, 529, 65.33. de Vaucouleurs, G. 1953, M.N.R.A.S., 113, 134.

33. Eachus, L., and Liller, W. 1975, ApJ, 200, 61.

34. Edelson, R. A. 1992, ApJ, 401, 516.

35. Edelson, R. A., Saken, J., Pike, G. et al. 1991, ApJL, 372, 9.

36. Falomo, R., Pesce, J. P., and Treves, A. 1995, ApJ, 438, L9.

37. Falomo, R. 1996, M.N.R.A.S., 283, 241.

38. Falomo, R., Urry, C. M., Pesce, J. P., Scarpa, R. 1997, ApJ, 476, 113.

39. Falomo, R., Urry, C. M., Scarpa, R. et al. 1999, in BL Lac Phenomenon, eds. L. O. Takalo and A. Sillanpaa (ASP Conference Series), 159, p. 389.

40. Fan, J. H., Xie, G. Z., Lin, R. G. et al. 1997, A&AS, 125, 525.

41. Fan, J. H., Xie, G. Z., Adam, G., et al. 1999, in BL Lac Phenomenon, eds. L. O. Takalo and A. Sillanpaa (ASP Conference Series) ,159, p. 99.

42. Fanaroff, B., and Riley, J. M. 1974, M.N.R.A.S., 167, 31. .

43. Feigelson, E. D., et al. 1986, ApJ, 302, 337.

44. Fey, A. L., and Charlet, P. 1997, ApJS, 111, 95.

45. Fleming, T. A., Green, R. F., Jannuzi, B. T. et al. 1993, AJ, 106, 1729.

46. Gabuzda, D. C., Wardle, J. F. C., and Roberts, D. H. 1989, ApJ, 338, 743.

47. Gabuzda, D. C., Wardle, J. F. C., and Roberts, D. H. 1989, ApJ, 336, 59.

48. Gabuzda, D. C., Cawthorne, T. V., Roberts, D. H., and Wardle, J. F. C. 1989, ApJ, 347, 701.

49. Gabuzda, D. C., Cawthorne, T. V., Roberts, D. H., Wardle, J. F. C.1992, ApJ, 388, 40.

50. Gabuzda, D. C., Kollgaard, R. I., Roberts, D. H., and Wardle, J. F. C.1993, ApJ, 410, 39.

51. Gabuzda, D. C., Wardle, J. F. C., Roberts, D. H., Aller, M. F., and Aller, H. D. 1994, ApJ, 435, 128.

52. Gabuzda, D. C., Mullan, C. M., Cawthorne, T. V., Wardle, J. F. C., and Roberts, D. H. 1994, ApJ, 435, 140.

53. Gabuzda, D. C., and Cawthorne, T. V. 1996, M.N.R.A.S., 283, 759.

54. Gabuzda, D. C., Kovalev, Y. Y., Krichbaum, T. P., Alef, W., Kraus, A., Witzel, A., and Quirrenbach, A. 1998, A&A, 333, 445.

55. Gabuzda, D. C. 1999, New Astronomy Reviews, 43, 691.

56. Gabuzda, D. С., Pushkarev, А. В., and Cawthorne, T, V. 1999, M.N.R.A.S., 307, 725.

57. Gabuzda, D. C., Kochenov, P., Yu., Kollgaard, R. I., and Cawthorne, Т. V. 2000, M.N.R.A.S., 315, 229.

58. Gabuzda, D. C., Garnich, N. N., Pushkarev, A. B. 2000, in 5th European VLB I Network Symposium, eds. J. E. Conway, A. G. Polatidis, R. S. Booth and Y.Pihlstrom, Onsala Space Observatory, p. 71.

59. Gabuzda, D. C., Pushkarev, А. В., and Cawthorne, Т. V. 2000, M.N.R.A.S., 319, 1109.

60. Gabuzda, D. C., and Chernetskii, V. A., in prep.

61. Ghisellini, G., Padovani, P., Celotti, A., and Marachi, L. 1993, ApJ, 407, 65.

62. Ghosh, Т., and Gopal-Krishna 1990, A&A, 230, 297.

63. Гинзбург, В. A. 1960, Распространение электромагнитных волн.

64. Giommi, P., Barr, P., Garill, В., Maccagni, D., and Pallock, A. M. T. 1990, ApJ, 356, 432.

65. Green, B. F., Schmidt, M., and Liebert, J. 1986, ApJS, 61, 305.

66. Gregorini, L., Ficarra, A., and Padrielli, L. 1986, A&A, 168, 25.

67. Hartman, R. C. 1999, in BL Lac Phenomenon, eds. L. O. Takalo and A. Sillanpaa (ASP Conference Series), 159, p. 199.

68. Hawkins, M. R. S. 1993, Nature, 260, 202.

69. Heckman, Т. M., and Balick, B. 1979, A&A, 79, 350.

70. Heeschen, D. S. 1984, AJ, 89, 1111.72 7374 75 [76 [77 [78 [798081 82 [83 [84 [85 [86

71. Heeschen, D. S., and Rickett, B. J. 1987, A3, 93, 589.

72. Heeschen, D. S., Krichbaum, T., Schalinski, C., Witzel, A. 1987, A3, 94, 1493.

73. Heidt, J., Nilsson, K., Fried, J. W. et al. 1998, A&A, 348, 113. Hewitt, A., and Burbidge, G. 1993, Ap3 Suppl, 87, 451. Hoffmeister, C. 1929, Astron. Nachr., 236, 233. Högbom, J.A. 1974, A&AS, 15, 417.

74. Hughes, P. A., Aller, H. D., and Aller, M. F. 1989, Ap3, 341, 68.

75. Hughes, P. A., Aller, H. D., and Aller, M. F. 1992, in Variability of Blazars, eds. E. Valtaoja, & M. Valtonen (Cambridge University Press, Cambridge), p. 142.

76. Kedziora-Chudczer, L., Jauncey, D. L., Wieringa, M. H. et al. 1997, Ap3, 490, 9.

77. Kidger, M. R., de Diego, J. A., Takalo, L. O., et al. 1992, in Variability of Blazars, eds. E. Valtaoja, & M. Valtonen (Cambridge University Press, Cambrigde), p.377.

78. Kollgaard, R. I., Wardle, J. F. C., Roberts, D. H., and Gabuzda, D. C. 1992, ApJ, 104, 1687.89 9091