Переменные компоненты излучения в активных внегалактических объектах тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

Российская академия наук Главная астрономическая обсерватория

Рг6 оя

1 3 ММ) /9пл

На правах рукописи УДК 524.7

МИКОЛАЙЧУК Ольга Владимировна

ПЕРЕМЕННЫЕ КОМПОНЕНТЫ ИЗЛУЧЕНИЯ В АКТИВНЫХ ВНЕГАЛАКТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТАХ (Специальность 01.03.02, астрофизика, радиоастрономия)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург - 1994

Работа выполнена в Стерлитамакском государственном педаго гическом институте.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

»

профессор В.А.Гаген-Торн, С-ПГУ

Официальные ошоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Д.И.Нагирнер, С-ПГУ

кандидат физико-математических наук Геращенко А.Н., ГАО РАН

Ведущая организация: Крымская астрофизическая обсерватория

Защита состоится . /С//.-/' 1994 г. в ^А/час. _ мин. н

заседании специализированного совета К 002.92.01 в Главкой астро комической обсерватории Российской Академии наук.

Адрес: 196140, Россия, Санкт-Петербург М-140, Пулково.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Глзекой астро комической обсерватории Российской Академии наук.

Автореферат разослан "2'Т" д/?■/?.,.;.<-;■/1994 года.

Ученый секретарь специализированного сов кандидат физико-математических наук

к

Ю.А.Наговицы

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Изучение активных ядер галактик представляет собой одну из актуальных задач современной астрофизики. Интерес к исследованию этих объектов вызван необычностью их физических свойств: звездообразным видом, повышенной яркостью континуума в голубой области, присутствием широких эмиссионных линий з спектре, а иногда - полным отсутствием каких-либо спектральных линяй, переменностью излучения. Природа источников, ответственных за активность ядер галактик, до настоящего времени не Еыяснена. В то же время есть основания полагать, что стадия высокой активности ядра является закономерным этапом в эволюции галактик. Поэтому получение новой наблюдательной информации о свойствах активных ядер галактик рассматривается в настоящее Бремя как одна из центральных проблем астрономии.

Ванным проявлением активности внегалактических объектов является переменность блеска, проявляющаяся часто во всех спектральных диапазонах. Изучение ее мохе? дать сведения о размерах переменных источников и оценку плотности энергии в них, что весьма еэжно для понимания природы энергоЕыделения активных ядер. Выяснение характера переменности на разных временных шкалах может послужить, наряду с друг®,га наблюдательными данными, основой для создания обоснованных моделей этих объектов. Исследование переменности предполагает проведение длительных рядов фотометрических наблюдений и последующий их анализ на возможность присутствия периодических компонент.

Ценную информацию о свойствах переменных источников и о механизме их энергоЕыделения может также дать исследование их поляризационных и цветовых изменений.

Наибольшей степенью активности среди внегалактических источ-

hi {ков отличаются объекты типа BL Ящерицы (лацертида) и квазары. Нередко вариации блеска лацертид охЕатыавают диапазон в несколько звездных величин ( например, у объекта оJ 287- 5m) и наблюдаются во Есех участках спектра. В связи с этим вполне логичным кажется исследование природы переменности излучения внегалактических источников именно на примере лацертид, где это сеойстео наиболее ярко Еыражено.

Излучение переменных источников в лацертидзх сильно поляризовано. Степень поляризации достигает десяткоЕ процентов. Некоторым квазарам также присуща еысокзя степень поляризации излучения. Считается, что такие кЕазары и лацертида - родственные объекты, что позволило объединить их в один класс блазароЕ.

Настоящая работа посБящена изучению переменных источников в активных ядрах галактик.

Цель диссертации.

В настоящей работе преследовались следующие основные цели:

1. Проведение и обработка фотометрических наблюдений активных ядер галактик в полосе в.

2. Переоборудование микрофотометра МФ-4 в ирисовый для возможности проведения более точных фотометрических измерений наблюдательного материала.

3. Построение сводных кривых блеска для лацертид EL Lac и оJ 237 и ядра сейфэртовской галактики ЗС 120 в цвете В.

4. Анализ кривых блеска BL Lao, оJ 2S7 и зо 120 на возможность присутствия е составе переменного излучения периодических компонент.

5. Выяснение свойств переменных источников в блазарах на основе их фотометрического и поляризационного изучения.

Научная новизна.

В работе ЕперЕые сделано следующее:

1. Получен и обработан обширный наблюдательный материал в полосе в для исследования фотометрической переменности активных ядер галактик.

2. Построены сводные кривые блеска BL Lao, 0J 287, ЗС 120 в полосе Б, содержащие оценки блеска соответственно для 1418, 934 и 548 ночей.

3. Подтверждено присутствие долговременных периодических компонент в вариациях блеска oj 287 и зс 120. Обнаружено существование долговременной периодической составляющей с характерным Бременем около 8 лет в переменном излучении EL Lac.

4. Не обнаружено составляющих с периодами от 50 дней до года, проявляющих себя на временных отрезках около ю лет и более, в составе переменного излучения BL Lac, ОJ 287, ЗС 120. Возможность присутствия короткопериодических компонент на меньших временных интервалах не исключена

5. Показано, что переменность блеска BL Lac, oj 287 и зс 120 может рассматриваться как фликкерный шум.

6. Впервые выделены переменные источники в 8 лацертидах и в квазаре ЗС 345. Во Есех случаях, кроме одного, переменность на временной шкале 1-2 года можно объяснить наличием единственного дополнительного источника излучения. Определены цветовые характеристики источников. Степенной спектр их, а также Еысокая степень поляризации излучения в случае зс 345, свидетельствуют о синхрот-ронной природе.

- б -

Практическая и научная ценность.

Результаты, полученные в данной работе, углубляют представления о природе переменных источников, ответственных за активность ядер галактик.

Обработанные ряды фотометрических наблюдений могут быть ис-использоезны вместе с данными других аЕтороЕ для изучения переменности активных Енегзлактических объектов.

Результаты анализа кривых блеска некоторых активных внегалактических объектов на присутствие периодических составляющее, а также выяснение их цветовых и поляризационных характеристик могут способствовать разработке адекватной модели переменного источника. Это Еесьма езжно не только для выяснения природы колоссального знергоЕыделения активных ядер галактик, но, в конечном итоге, и для понимания эволюционных процессов в галактиках. •

На основе МФ-4 создан ирисовый фотометр, позволяющий ьести фотометрические измерения звездных изображений с повышенной точностью.

Апробация результатов.

Основные результаты диссертации докладывались на конференции, посвященной юо-летию акад. Й.Вайсала (Турку, Финляндия, 1991г.), на конференции по активным ядрам галактик (Крымская астрофизическая обсерватория, 1992), на астрофизическом семинаре Главной астрономической обсерватории РАН, на республиканском научном семинаре по теоретической физике (Башкортостан, 1994), на ежегодных научно-теоретических конференциях преподавателей Стерлитамакско-го государственного педагогического института и опубликованы в 6 статьях.

Объем диссертации. Диссертация содержит 190 страниц, из которых 74 страницы занимает текст, 31 рисунок, 12 таблиц, список цитируемой литературы из 151 названия.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы.

Во Введении обосновывается актуальность проблем, рассматриваемых в диссертации, сформулированы задача и цели работы.

Краткая история исследования активных внегалактических объектов изложена в § 1. Здесь же дано обоснование актуальности их изучения.

В параграфе 2 кратко сформулированы основные выводы и положения, выносимые на защиту. Аргументируется важность полученных результатов, их научная новизна и практическая значимость.

Глава 1 диссертации посвящена методике наблюдений активных ядер галактик и обработки результатов. § з посвящен описанию характеристик телескопа АСТ-453, на котором была получена основная часть использованного в работе наблюдательного 'материала.

В § 4 рассматривается методика фотографических оценок блеска компактных внегалактических объектов. Здесь же приведены сведения об использовавшихся последовательностях звезд сравнения.

В § 5 обсуждаются вопросы повышения точности фотографической фотометрии и рассказывается о переоборудовании микрофотометра МФ-4 в ирисовый. Измерения на ирисовом фотометре отягощены меньшими погрешностями, чем при работе на микрофотометрах с фиксированной диафрагмой. Однако использование ирисовой диафрагмы предъявляет повышенные требования к качеству обрабатываемого фотографического материала.

Необходимые сведения о результатах наблюдений и обработки представлены в § 6.

Параграф 7 содержит описание методики построения сводных кри-еых блеска переменных внегалактических объектов BL Lac, 0j 287 и ЗС 120. Полученные кривые блеска охватывают интервал наблюдений с 1968г. по 1989г.

В ГлаЕе 2 изложены результаты исследования сводных кривых блеска BL Lac, 0J 287 и зс 120 в цвете в на присутствие периодических компонент.

В § 8 приводится обзор литературы об объектах BL Lac, 0J 287 И зс 120.

Методы выделения периодических компонент в изменениях блеска переменных астрономических источников представлены в § 9. В диссертации использовался метод фурье-анализа временных'рядов, модифицированный Т.Димингом [I] для случая неравномерно распределенных данных.

В § ю описаны результаты анализа сводных кривых блеска BL Lac, 0J 287 и зс 120 на наличие долговременных периодических компонент. Подтверждено существование долгопериодических составляющих е кривых блеска 0J 287 и зс 120. Обнаружена долговременная циклическая компонента с периодом 7,6 года и амплитудой 0735 в вариациях светимости BL Lac.

В § 11 рассмотрены возможные способы описания медленной компоненты переменности (тренда)- при исследовании временных рядов BL Lac, 0J 287 и ЗС 120 на присутствие короткопериодических составляющих в изменениях блеска. Учет тренда для каждого объекта производился шестью разными способами. При получении точек тренда производилось усреднение наблюдательных данных на отрезках длиной I год, 2 года и 3 года. В промежутках между найденным точка-

ми тренд проводился или способом линейной интерполяции,или сплайнам!.

Параграф 12 содержит основные результаты исследования кривых блеска вь Lac, OJ 287 и зс 120 на существование в них периодических компонент с характерными Бременами от 50 дней до года. Очевидно, что реально существующая периодическая компонента должна быть значимой на периодограммах независимо от способа описания тренда. Показано, что ни в одном из трех случаев нет периодичнос-тей, действующих длительное (более 10 лет) Еремя. Не исключается возможность существования периодических компонент в изменениях блеска з течение непродолжительного (3-4 года) времени.

В § 13 показано, что низкочастотные вариации блеска BL Lac, OJ 287 и зс 120 близки к фликкер - шуму, порождаемому суперпозицией отдельных, независимых друг от друга вспышек, каждая из которых медленно затухает со Бременем. Наиболее надежен этот выеод в отношении 31 Lac, что можно связать с относительной полнотой наблюдательного ряда для этого источника. Видимо, в каждом из трех рассмотренных объектов случайные вспышки накладываются на долгопе-риодическую компоненту изменений блеска.

Глава з посвящена фотометрическому и поляризационному изучению переменных источников в блазарах.

В § 14 дается описание метода расчета цветовых характеристик переменных источников в составе активных внегалактических объектов, предложенного Я.Холоневским [2] на осноие двухкомпонентной модели в предположении, что переменный источник имеет неизменное распределение энергии в спектре и переменен лишь по потоку.

В § 15 рассмотрена методика В.А.Гаген-Торна [3] исследования источников переменного поляризованного излучения е рамках двухком-понентной модели. При этом считается, что параметры поляризации

переменного источника сохраняются постоянны?,та, а наблюдаемая пе' менность обусловлена вариациями светимости.

Свойствам дополнительного источника, ответственного за вспы ку объекта ЗС 345 в 1983г., посвящен 5 16. Проанализированы под. ризационные и фотометрические ивум-наблюдения блазара зс 345 1983г., опубликованные е [4], в результате чего сделано заключен о наличии двух источников поляризованного излученияв этом объект! Фотометрическое и поляризационное поведение зс 345 в 1933г. объя-няется переменностью потока одного из них, имеющего неизменные независящие от длины еолны параметры поляризации. Его спектр ст> пенной с а = -1.7. Степень поляризации близка к 50 % . Эти сво; стеэ свидетельствуют о синхротронной природе переменного источи] ка. Второй источник поляризованного излучения мозхно считать пост« янным, то есть его поток и параметры поляризации, если и меняйте: то медленно.

В § 17 излохены результаты изучения цветовых характернее переменных источников е 8 лацертидах по данным ивуы-наблюдени; опубликованных в [5],[6]. Показано, что ео всех случаях, кро: одного, переменность на временной шкале 1-2 года можно объясни-наличием единственного дополнительного источника излучения. В< источники переменны по потоку, но с неизменным распределеню энергии в спектре. Степенной характер спектра свидетельствует синхротронной природе источников. Величина спектрального индекс. по-еидимому, не коррелирует с изменением светимости источнико; Экстраполяция спектров е рентгеновскую область показывает, что большинстве случаев наблюдаемые рентгеновские потоки превыша: найденные экстраполяцией.

Сопоставление наблюдательных данных для 0J 287 в оптике ультрафиолете представлено в § 18. Показано, что переменность эт>

го объекта мозгао объяснить наличием единственного синхротронного источника, переменность потока излучения которого обусловлена изменением количества в нем релятивистских электронов. Этот источник не несет ответственности за рентгеновское излучение 0J 287.

В Заключении суммированы основные результаты и еыводы диссертации.

Результаты, выносимые на защиту.

1. Данные фотометрических наблюдений активных ядер галактик в полосе в. .

2. Построение сводных оптических кривых блеска el Lao,OJ 287, ЗС 120.

3. Поиск периодических компонент в изменениях блеска вь Lao, О J 287 и ЗС 120.

4. Интерпретация вариаций блеска BL Lac, 0J 237 и ЗС I2G как фликкерного шума.

5. Выделение переменных источников в квазаре ЗС 345 и 8 ла-цертидах. Определение цветовых свойств этих источников и поляризационных характеристик дополнительного источника в ЗС 345.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Гаген-Торн В.А., Денисенко Н.С., Максимова Т.?,!., Марченко С.Г., Миколайчук О.В. Фотографическая фотометрия компактных внегалактических объектов. X // Труды АО ЛГУ. - 1987. - Т.41. - С. 96112.

2. Гаген-Торн В.А., Гамм Н.Г., Марченко С.Г., Миколайчук О.В., Яковлева В.А. Фотографическая фотометрия компактных внегалактических объектов. XI // Труды АО ЛГУ. - 1991. - Т.43. - С.70-82.

3. Гаген-Торн В.А., Миколайчук О.В. зс 345: свойства источник ответственного за вспышку 1983 г. // Астрофизика. - 1988. Т.29- - С.322-330.

4. Гаген-Торн В.А., Марченко С.Г., Миколайчук О.В. Переменные т; точники в лацертидах: распределение энергии в оптической с ласти по данным многоцветной фотометрии // Астрофизика .

1990. - Т.32. - С.429-440.

5. Гаген-Торн В.А., Гатауллина A.M., Миколайчук О.В. 0J 287 1983 году: распределение энергии в оптической и ультрафиолет еой областях спектра у переменного источника // Астрофизика.

1991. - Т.34. - С.395-401.

6. Hagen-Thorn Y.A., Marchenko S.G., Mikolaichuk O.Y. Optic spectral energy distributions of variable sources in blazars Proceedings of a Conference in honour of the 100-th anniversa of the birth of Academician Yrio Vaisala held at Tuor Observatory, University of Turku, Finland, January 6-10, 1991 Eds. Valtaoja E., Valtonen M. Cambridge University pres

1992. - P427-437.

В работах 1-2 автору диссертации принадлежит получение 2С наблюдательного материала и вся фотометрическая обработка резу.1 татов. В обсуждении Еклад всех авторов равный.

В работах 3-G постановка задачи принадлежит В.А.Гаген-Тс ну. В остальном вклад Есех авторов равнозначен.

Литература

1. Deeming T.J. Pourier analysis with unequally-spaced data Astrophys.Sp.Sсi. - 1975. - V.36; - P.137-158.

2. Choloniev/skiJ. The shape and variability of the nonthermal cc ponent of the optical spectra of active galaxies // Acta Ae

ronomica. - 1981. - V.31. - P.293-312.

3. Гаген-Торн В.А. К методике исследования поляризационной переменности космических объектов // Труды АО ЛГУ. - 1981. - Т.36.-С.20-26.

4. Smith P.S., Balonek Т.J.,Heckert P.A.,Elston R. The optical and near-infrared polarization properties of the OW quasar 3C 345 // Astrophys.J.- 1986. - Y.305. - P.484-495.

5. Sitko M.L., Schmidt G.D., Stein W.A. Optical polarimetry of BL Lacertae objects and violent variable quasars // Astrophys. j.Suppl.Ser. - 1985. - V.59. - P.323-342.

6. Smith P.S., Balonek T.J., Elston R., Heckert P.A. Optical and near-infrared observations of BL Lacertae objects // Astrophys. J. Suppl.Ser. - 1987- - V.64. - P.459-485.