Поисковые радиообзоры в сантиметровом диапазоне длин волн. Статистические исследования тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В. ЛОМОНОСОВА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ имени П.К. ШТЕРНБЕРГА

Г : О

ОД

,, На правах рукописи

УДК 524.386:358

ЛАРИОНОВ МИХАИЛ ГРИГОРЬЕВИЧ

ПОИСКОВЫЕ РАДИООБЗОРЫ В САНТИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ ДЛИН ВОЛН. СТАТИСТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Специальность 01.03.02 астрофизика, радиоастрономия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва - 1998

Работа выполнена и Государственном астрономическом институте им. U.K. Штернберга при Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук

Артюх В.С.

Доктор физико-математических наук

Курильчик В.Н.

Доктор физико-математических наук

Шоломицкий Г.Б.

Ведущая организация:

Санкт-Петербургский филиал Специальной астрофизической обсерватории РАН, г. Санкт-Петербург, Россия.

Защита состоится 14 мая 1998 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, шифр Д.053.05.51. Адрес: 119899, Москва, Университетский проспект, 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного астрономического института им. П.К. Штернберга МГУ (Москва, Университетский проспект, 13)

Автореферат разослан 13 апреля 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат физ.-мат. наук Л.Н. Бондарснко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы обусловлена тем, что поисковые радиообзоры поставляют данные о новых астрофизических объектах и новые данные - об известных. Статистическими же исследованиями устанавливаются общие закономерности, присущие исследуемым категориям радиоисточников.

Радиообзоры на сантиметровых волнах интересны тем, что при их проведении обнаруживаются компактные объекты, имеющие характерные подъемы в спектрах излучения, высокую степень переменности потока, значительное энерговыделение. Высокочастотные обзоры выявляют радиоисточники как галактической, так и метагалактической природы, предоставляя возможность астрофизикам выбрать в дальнейшем интересующее их направление исследований.

Прозрачность сантиметрового диапазона для излучения создает дополнительную привлекательность для работы в нем. Излучение от околоядерных частей источников позволяет составить представление о типе энерговыделения «центральной машины», действующей в адрах активных галактик и звездных объектах, являющихся источниками нестационарного потока.

Все популяции радиоисгочников были открыты с помощью поисковых обзоров. Проводя высокочувствительный обзор, в котором обнаруживаются в массовом количестве новые источники, есть надежда найти новый класс объектов, групповые характеристики которого отличаются от известных ранее популяций. Если при этом обзор достаточно представителен в количественном плане, то статистические исследования источников обзора представляют мощный инструмент в установлении новых закономерностей их общих характеристик.

Наконец, радиогалактики, составляющие основную часть источников сантиметровых списков, представляют собой однородную выборку объектов, с которыми удобно проводить космологические исследования еще и по причине слабой подверженности радиодиапазона селекционным эффектам.

Целью работы являлись разработки цифровых, вычислительных средств, а также методик обработай данных обзоров, выполненных на радиотелескопах РТ-22 КрАО и различных конфигурациях РАТАН-600, получение фундаментальных каталогов радиоисточников, их статистические анализы и получение на их основе основных космологических параметров Вселенной.

На защиту выносятся следующие основные положения диссертации:

1. Разработка и создание комплекса аппаратурно-программлых вычислительных средств для проведения пробного поискового обзора северной небесной полусферы в диапазоне склонений 0° - 30° на частоте 8550 МГц. Работа выполнена впервые в астрономической практике у нас в стране.

2. Обнаружение первых новых радиоисточников у нас в стране, среди которых один из ярчайших блазаров миллиметрового и гамма диапазонов 50528+13 (Мт/а), квазар £0839+18.1, а также категории радиоисгочников, имеющих чрезвычайно большой диапазон переменности потока в коротковолновой часта сантиметрового диапазона длин волн.

3. Выделение статистическими методами высокоширотной популяции галактических радиоисточников, связанных с тонкой структурой распределенного галактического радиоизлучения.

4. Разработка и создание комплекса цифровой, регистрирующей и вычислительной аппаратуры для проведения поисковых обзоров и наблюдений источников на Южном и Западном секторах радиотелескопа РАТАН-600.

5. Создание новых методик и программных средств для проведения оптимальной обработки трехмерных массивов данных поисковых обзоров на РАТАН-600.

6. Создание крупнейшего в мире в сантиметровом диапазоне длин волн каталога, содержащего 11,5 тыс. радиоисточников, среди которых более половины - новые, ранее незакаталогизированные объекты, полученного в результате обработки оригинальных данных поискового обзора на Южном секторе РАТАН-600.

7. Обнаружение нового эффекта, заключающегося в наличии выделенного масштаба отклонений от случайного в распределении радиоисгочников Зеленчукских обзоров Z2, глубокого и 87GB, а также получение ограничений на эпоху формирования крупномасштабных структур Вселенной и параметр замедления q„.

8. Получение космологических параметров Вселенной, включая параметр плотности, космологическую постоянную, возраст Вселенной, параметр и радиус кривизны Вселенной в рамках модели Фридмана-Леметра с /I-членом, а также получение наиболее вероятных значений параметров плотности и Л-члена в вариантах метрики «плоского» пространства и Вселенной без космологической постоянной.

Перечисленные пункты определяют также и научную новизну результатов, полученных в диссертации.

Научная и практическая значимость результатов исследований определяется тем, что все основные результаты опубликованы в отечественных и зарубежных научных журналах. Фундаментальные обзоры находятся в мировой базе данных и используются астрономами у нас в стране и за рубежом.

Обнаруженный в Симеизском обзоре радиоисточник S0528+13 (Nimfa) двадцать лет активно исследуется во всем мире во многих диапазонах длин волн, являясь уникальным объектом по светимости во Вселенной. Будучи сверхкомпактным радиоисточником, ¿'0528+13 используется как калибратор в интерферометрии со сверхдлинными базами, особенно его роль важна в прикладных интерферометрических геодезических задачах и для будущих космических интерферометрических наблюдений.

Полученные фундаментальные обзоры фиксируют эпоху наблюдения источников и, так же как базовые оптические обзоры, служат основой для астрофизических исследований.

Новый эффект отклонения от случайного в видимом распределении радиоисточников по небесной сфере открывает новые возможности для проведения космологических исследований, поставляя информацию об удаленных объектах во Вселенной, находящихся, возможно, на стадии формирования крупномасштабных структурных образований.

Часть результатов, вошедших в диссертацию, опубликована в статьях коллектива авторов. В список положений, выносимых на защиту, включены лишь те результаты, в которых вклад автора диссертации в проведение исследований был определяющим, или, по крайней мере, равным вкладу других соавторов. В большинстве работ автору принадлежит идея исследований, постановка задачи, участие в получении данных, обработке материалов, интерпретации результатов и написании работ.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Диссертация состоит из Введения, семи глав, Заключения и списка цитируемой литературы из 249 наименований. Общий объем диссертации составляет 214 страниц, включая 45 рисунков н 20 таблиц.

Во Введешт, на основе рассмотрения состояния проблемы поисковых радиообзоров, обосновывается актуальность темы диссертации, научная и практическая значимость. Приводятся основные положения, выносимые на защиту, и показан вклад автора в проведенные исследования.

Глава I. Разработка и создание аппаратурных и программных средств для проведения поискового обзора на РТ-22. Анализ результатов.

Со времени первых обзоров неба до начала описываемых работ прошло менее 15 лет, когда инициатор поисковых обзоров у нас в стране академик U.C. Кардашев сформулировал задачу проведения радиообзора неба в коротковолновой части сантиметрового диапазона длин волн.

Решение поставленной задачи затруднялось отсутствием у нас в стране технической базы, в первую очередь, для приема и обработки очень больших массивов информации, поступающих в процессе проведения таких обзоров. Ввиду скудности данных о составе популяций радионсточников на сантиметровых волнах, была неясна ситуация об объектах, которые могли быть обнаружены в поисковом обзоре. Поэтому, было решено выбрать такой режим обзора, при котором можно было получить максимальное число обнаруженных радиоисточников в единицу времени. Такая задача могла быть решена проведением быстрого обзора неба при перемещениях зеркала радиотелескопа с достаточно высокой скоростью ~ 1Î утл. мин/сек. При этом число обнаруженных в единицу времени объектов возрастало с увеличением скорости движения антенны, но возникала необходимость регистрации положения антенны при ее движении на переустановочном приводе.

В таком режиме был выполнен обзор около половины северной небесной полусферы на длине волны 3,5 см с использованием имеющейся полноповоротной антенны РТ-22 КрАО, работающей в коротковолновом участке сантиметрового диапазона длин волн. Указанный обзор позволил отработать все аспекты обзорной проблематики, так как до этого времени у нас в стране не было опыта проведения подобных исследований.

Поставленная задача привела к необходимости разработки и создания специализированного комплекса цифровой и регистрирующей аппаратуры, с помощью которой можно было бы накапливать информацию, получаемую в процессе обзора, и затем обработать ее на ЭВМ в полностью автоматическом режиме. Так как предполагаемый объем информации при обзоре мог достигать 108-10' бит, желательно было использовать многоканальные носители на магнитной лейте, и в архитектуре ЭВМ необходимо было создать канал ввода цифровых данных с подобных нестандартных устройств.

Помимо информационных чисел, поступавших с канала приемника, производилась регистрация горизонтальных координат механической оси антенны и звездного времени для того, чтобы впоследствии можно было определить экваториальные координаты обнаруженных объектов. Учитывая эти требования, система, регистрирующая наблюдательные массивы, дополнительно имела устройство управления, определявшее порядок фиксации на магнитный носитель данных с выхода радиометра, горизонтальных координат положения антенны, звездного времени S,„ формировавшее импульсы опроса координатных датчиков антенны. Система включала также периферийную аппаратуру, согласующую сигналы азимутальных и угломесгных датчиков положения и преобразующую данные с выхода радиометра в цифровой код, записываемый на магнитную ленту.

Таким образом, постановка новой астрофизической задачи по проведению пробного поискового обзора неба повлекла за собой необходимость решения ряда технических

вопросов по созданию цифровых и программных средств, сопутствующих этому эксперименту.

В диссертации описан цифровой аппаратурный комплекс для проведения обзора неба, разработанный автором и созданный при его активном участии. Приведены технические решения, обеспечившие сбор данных обзора и его обработку с помощью ЭВМ. Уделено внимание описанию методик наблюдений и обработки данных, в которых была использована идеология оптимальной фильтрации оригинальных массивов, записанных на магнитные ленты. Выполнены оценки параметров обзора, ошибки координат и потоков обнаруженных радиоисточников.

В разделе, где анализируются результаты обзора, особое место уделено описанию нового уникального источника S0528+13 (Nimfa), широко исследуемого на обсерваториях Мира. Обладая большими видимыми сверхсветовыми движениями компонент, объект обнаруживает предельную компактность (<10"7 утл. сек по виду переменности и <10"* утл. сек по прямым измерениям на глобальном интерферометре), подтверждаемую и спектральными характеристиками его радиоизлучения. В состоянии повышенной плотности потока максимум в радиоспектре находится на частоте десятков ГГц, превышая уровень десяти Ян, тем самым этот источник является одним из самых ярких на миллиметровых волнах. Диапазон изменения потока от максимума до минимума составляет около десяти раз, что следует из прямых измерений мгновенных спектров S0528+13 (Ковалев, 1998). Источник имеет предельные характеристики излучения в гамма-диапазоне и является одним из самых мощных объектов во Вселенной..

Была обнаружена категория новых радиоисточников, обладающих сильной переменностью потока (десятки раз). Предполагаемый вспышечный характер их переменности напоминает известные галактические источники типа HR 1099, Лебедь XI, GRS 1915+105, связанные со звездными нестационарными объектами. Это не исключает возможности их галактической локализации. Более половины новых радиоисточников обзора «5» расположены в кратных тесных системах, что не согласуется с низкой средней плотностью источников обзора, и этот факт является дополнительным аргументом в пользу предположения о галактической природе радиоисточников.

Симеизский обзор был первым в мире обзором, выполненным на столь высокой частоте и охватывающим значительную часть северной небесной полусферы.

Глава II. Популяция высокоширотных галактических источников радиоизлучения.

В этой главе статистическими методами определена доля высокоширотных галактических источников в общей выборке радиоисточников Огайского обзора и рассмотрена их возможная природа. Выполнены наблюдения выборки объектов Огайского списка на радиотелескопе РАТАН-600 и определены средние спектральные характеристики их излучения в сантиметровом диапазоне длин волн.

Важность проблемы существования в общей выборке радиоисточников обзора галактической составляющей объектов заключается в том, что при космологических исследованиях мы обязаны иметь однородную выборку источников с единой функцией светимости и одинаковым пространственным распределением.

Вопрос о возможности существования галактической популяции радиоисточников (как заметной доли в общем ансамбле источников обзоров) на основе анализа корреляционной связи дискретных объектов с тонкоструктурными деталями фонового радиоизлучения Галактики был впервые поставлен нами после выполнения пробного поискового Симеизского обзора «S» на 8550 МГц. Тогда была отмечена корреляция части источников обзора с тонкоструктурными деталями фонового радиоизлучения Галактики.

Высокоширотные фоновые образования исследуются много десятилетий, однако однозначного ответа об их природе нет и в настоящее время. Система «петель» (или

«Loops») и их структурных деталей • хребтоп радиоизлучения («риджей») дополняется наличием крутых градиентов яркостной температур!.! (сгупснек) как внутри, так и на внешней границе «Loops» (Беркхыоизен, 1971). Эти градиенты, так же как и «риджи», не разрешаются даже самыми узкими диаграммами радиотелескопов.

Для выделения галактической подсистемы радиоисточников был использован Огайский обзор, в котором плотность радиоисточников достаточно высока для эффективного использования статистических методов. На первом этапе мы рассмотрели выбору объектов Стулла (1973) из Огайского списка, наблюдавшего новые радиоисточники обзора Огайо с потоками 0.4£К1.0-1<ГМ вт/м'Гц на обсерватории в Аресибо на частоте 430 МГц в областях высокоширотных образований «Петля In и «Петля //». Нами обнаружен избыток плотности источников в областях «риджей», с вероятностью случайной локализации Юб. Эти данные подтвердили высказанное ранее предположение о возможном существовании популяции галактических радиоисточников. На основе статистических данных была выполнена оценка доли объектов этой популяции в общих списках радиоисточников поисковых обзоров (5-10%).

Детальными исследованиями объектов Огайского обзора было установлено, что корреляция дискретных радиоисточников с «риджами» усиливается для радиоисточников с низкими значениями спектральных индексов в дециметровом диапазоне длин волн.

Для изучения спектральных характеристик предполагаемой популяции источников в дециметровом и сантиметровом диапазонах волн была поставлена программа наблюдений выборки радиоисточников Стулла (1973) из Огайского обзора (-100 источников). Статистическим анализом была установлена высокая доля радиоисточников выборки, связанных с «хребтами» фонового радиоизлучения (~40%). Найдено, что в сантиметровом диапазоне средний спектральный индекс источников выборки очень крутой (а=1,24), что исключает возможность теплового характера излучения радиоисгочников. ассоциирующихся со структурными деталями фонового излучения Галактики. Спектральные характеристики объектов в дециметровом н сантиметровом диапазонах могут указывать на наличие переменности потока радиоисточников в сантиметровом и, в меньшей степени, в дециметровом диапазоне длин волн.

В работе рассмотрены возможные механизмы излучения нестационарных галактических объектов, предположительно ответственных за переменность потока радиоисточников галактической подсистемы. Сделан вывод о том, что объекты популяции могут включать в себя нестационарные RS СV двойные звездные образования типа HR 1099, ÀR Lac, SZ PSc, UX Ari и др., имеющие похожие характеристики потока в радиодиапазоне.

Глава III. Поисковые радиообзоры на РАТАН-600. Алпаратуршле поддержки.

Поисковые радиообзоры на РАТАН-600 проводились ГАИШ на трех конфигурациях радиотелескопа (Южном, Западном, Северном секторах) в двухзеркальном и трехзеркальном режимах.

На южном секторе с Плоским отражателем выполнялась основная программа по проведению фундаментального обзора неба. На западном секторе уточнялись координаты обнаруженных в обзоре радиоисточников. Эта программа осуществлялась также в обзорном режиме. Северный сектор РАТАН-600 использовался для глубокого обзора неба (программа проводится совместно с CAO РАН ).

Как и в случае Симеизского обзора, для реализации программы был создан комплекс цифровой и вычислительной аппаратуры (Ларионов, Никаноров, Капусткин) для накопления данных обзора. Дополнительно комплекс позволял проводить предварительную обработку данных в реальном масштабе времени.

Облучатель № 3, на котором велся прием информации при обзоре неба на Южном секторе, состоял из 2-х кабин: высокочастотной, где были установлены радиометры на 2.0;

3,5 и 7,6 см (Амирханян и др., 1980), и низкочастотной, в которой размещалась цифровая и регистрирующая аппаратура, включающая в себя следующие основные устройства: управляющий вычислительный комплекс (УВК), стандартные накопители на магнитной ленте (НМЛ), систему сбора информации (ССИ).

Ввод всех данных в УВК во время проведения обзора осуществлялся через ССИ -специальное устройство, разработанное для радиообзорного комплекса. Основные задачи, выполняемые устройством, были следующие: прием и временное хранение информации, преобразованной из аналогового вида в код с помощью аналого-цифровых преобразователей ПК«; прием звездной частоты 1 кГц и преобразование ее в двоичный код звездного времени; хранение текущего двоичного кода звездного времени; формирование импульсов, прерывающих работу УВК; формирование системы управляющих сигналов; передача информации в УВК М-400 по 8 кодовым шинам; формирование импульсов для запуска ПКц.

Вспомогательные функции системы: начальный запуск счетчика звездного времени, контроль звездного времени, занесение служебной информации в 24-разрядный регистр.

Система ССИ - инициативное устройство, берущее на себя функции центрального процессора на время работы преобразователей, приема с них данных и их временного хранения, формирования кодов звездного времени и автономной записи информации на носители на магнитной ленте (последнее было предусмотрено на случай отказа основной системы регистрации с помощью УВК).

С точки зрения УВК, ССИ имело наивысший приоритет, поэтому по запросу от него вычислительная машина входила в режим прерывания, и осуществлялся прием данных, звездного времени и информации с радиоастрономических приемников. Синхронизация ССИ, в свою очередь, производилась со службы звездного времени РАТАН-600 частотой звездного времени 1 кГц.

Передача данных в УВК производилась порциями с интервалами 320 мс. В свободное время от приема информации в УВК работала программа обработки наблюдательных данных (Горшков и Хромов, 1981).

По условию проведения эксперимента оригинальная информация должна была фиксироваться на магнитной ленте параллельно с обработкой ее в реальном времени. Для этого был организован канал ввода-вывода, рассчитанный на запись информации на стандартные НМЛ. В качестве метода сопряжения НМЛ с УВК был выбран аппаратурно-программный способ, при котором реализуются минимальные аппаратурные изменения и доработки. Процедуру ввода-вывода обслуживала специальная программа, которая при записи информации на НМЛ выполняла следующие функции: контроль прямого и обратного движения магнитной ленты, запись номера зоны, служебной информации, массивов произвольной длины, контрольной суммы в конце зоны.

При чтении информации с магнитной лешы с помощью программы осуществлялись: поиск нужной зоны при движении ленты как в прямом, так и в обратом направлениях; считывание зоны в оперативную память УВК; в случае несовпадения контрольной суммы -повторное считывание N раз (N задается в программе), после чего следовал автоматический останов системы.

Архитектура УВК на микро-ЭВМ позволяла установить гибкую иерархию приоритетов, что было крайне важно при работе с многоуровневой системой прерываний работы центрального процессора в режиме работы «on-line». Наивысший приоритет имел прием частоты звездного времени, обеспечивающей всю синхронизацию работы системы. Затем следовал прием данных с радиометров, архивация информации. Более низкие приоритеты были у обработки данных в реальном масштабе времени и совсем низкий - у отображения промежуточных данных и вывод результатов обработки «on-line» на печать.

Пакет программ работы в режиме «on-line», обеспечивающий накопление информации поискового обзора и ее предварительную обработку, заключающуюся в обнаружении радиоисточников на каждом скане наблюдений, выдаче данных на печать и индикации параметров системы, был разработан и создан Горшковым и Хромовым (1981).

Ножевая диаграмма сектора «Юг+Плоский» позволяла ускорить проведение поискового обзора неба. Негативный момент состоял в том, что при довольно точных значениях прямого восхождения се вторая координата 5 имела значительные неопределенности. Для ее уточнения на облучателе № 2 был установлен радиометр на длину волны 7,6 см, аналогичный тому, который работал в обзорном режиме на облучателе № 3 (Амирханян и др., 1985).

Были разработаны и созданы (Ларионов М.Г., Капусткин A.A.) цифровые средства, обеспечивающие двусторонний обмен информацией между двумя облучателями РАТАН-600, связанными одним коаксиальным кабелем через лабораторный корпус, длиной более одного километра. Дуплексный режим регулировался устройствами управления, установленными на двух облучателях. Это позволяло проводить одновременную работу системы регистрации и обработки информации в режиме обзора и уточнения склонений объектов.

В режиме работы с двумя облучателямми, по команде с 3-го, производился запуск всей аппаратуры, расположенной на облучателе № 2. Управляющие кодовые посылки с 3-го облучателя на 2-й передавались в виде пачек импульсов микросекундной длительности, принимавшихся и выделявшихся схемами канальных приемников. Во избежание сбоев от случайных помех каждый информационный сигнал кодировался серией из 64 импульсов, которые детектировались входной дешифрирующей схемой канальных приемников.

На другом конце дуплексной линии (в облучателе № 3) была установлена аналогичная аппаратура, работающая на передачу и прием пачек импульсов, их дешифрацию и передачу в ЭВМ.

Описанные аппаратурные средства позволяли одному оператору выполнять наблюдательные программы, идущие одновременно на двух секторах РАТАН-600, экономя при этом людские и временные ресурсы.

Программа глубокого обзора неба и наблюдения дискретных радиоисточников осуществлялись на Северном секторе РАТАН-600 с использованием штатной аппаратуры облучателя № 1 (Берлин и Нижельский, 1991). Накопление информации производилось также в штатном режиме работы регистрационного комплекса РАТАН-600 (Верходанов, Ерухимов, Моносов и др., 1995).

Глубина обзора на Северном секторе в 2-2,5 превышала глубину поискового обзора на Южном секторе с Плоским отражателем. По этой характеристике он был промежуточным между обзором на Южном секторе и глубоким обзором, проводимым на Северном секторе РАТАН-600 в рамках программы «Холод» (Парийский и др., 1992). Таким образом, нами выполнялся обзор средней глубины участка южной небесной полусферы, прилегающей к небесному экватору. Полоса первой зоны обзора составила по 5 примерно один градус. Частота обзора - 3,9 ГГц.

Глава IV. Методики наблюдений и обработки информации.

ГАИШ с 1979 г. по 1986 г. проводил на Южном секторе РАТАН-600 с Плоским отражателем поисковый обзор неба с целью составления фундаментального каталога радиоисточников на сантиметровых волнах. Обзор выполнялся до предельных потоков, определяемых возможностями данной конфигурации РАТАН-600, или уровнем «путаницы» от слабых источников в «ножевой» диаграмме направленности.

При выбранном методе наблюдений в процессе обзора антенна оставалась неподвижной, и перестановки по склонению составляли четверть диаграммы направленности сектора.

Каждый радиоисточник в зоне обзора пересекал диаграмму направленности радиотелескопа по нескольким уровням приема сигналов. Если при этом учесть, что на каждом склонении наблюдения проводились не менее 3-х раз, то мы получили за счет этого накопления выигрыш & чувствительности (порядка 2-3).

Запуск работы системы регистрации, первичной обработки и сбора данных обзора осуществлялся после ввода в систему первичной информации о положении антенны й<» даты наблюдений и 5* на 3-м облучателе РАТАН-600. Ввод задания выполнял оператор с дисплея ЭВМ, кроме которое заводилось автоматически пачкой импульсов со службы звездного времени РАТАН-600. В нормальном режиме работы процесс шел автоматически, без вмешательства оператора, роль которого сводилась к контролю за работой аппаратуры и устранению нештатных ситуаций.

'Наблюдательный процесс на Западном секторе РАТАН-600 мог проводиться как независимо от наблюдений на 3-м облучателе РАТАН-600, так и в совместном режиме. Задание на установку Западного сектора радиотелескопа (азимут 90°) проводилось также из единого центра установки антенны, из помещений системы управления РАТАН-600. Входными параметрами на установку были склонение и время установки антенны.

Обзор в Первом вертикале был методически схож с обзором, проводимом на Южном секторе. При работе с Западным сектором подключалась система сбора данных со 2-го облучателя на уровне программных и технических средств.

Третьим режимом наблюдений, который использовался нами на РАТАН-600, был режим наблюдений на Северном секторе с облучателем № 1. Как и в случае Южного и Западного секторов, Северный сектор использовался, главным образом, в наблюдениях по программе поискового обзора. Поисковый обзор на этом секторе проводится с 1988 г. Околоэкваториальная зона южной небесной полусферы в диапазоне склонений от 0° до ~ -50 по всем прямым восхождениям, составляющая первую очередь обзора, была просмотрена за 9 наблюдательных сессий с 1988 г. по 1991 г. общей продолжительностью 190 суток. С 1992 г. обзор проводится вблизи небесного экватора со стороны северной небесной полусферы.

В режиме наблюдений на Северном секторе информация с облучателя № 1 проходила первичную обработку и записывалась на магнитные ленты штатной системой регистрации РАТАН-600. Первичная обработка данных обзора производилась также в штатном режиме и включала несколько этапов, целью которых были следующие операции: освобождение оригинальных записей от импульсных помех; выделение калибровочных сигналов; сжатие информации до уровня необходимой достаточности, при которой не происходило потери данных; представление архивируемых данных в стандартном формате для последующей обработки в режиме разделенного времени (Верходанов и др., 1992).

Кроме глубокого обзора неба, на Северном секторе РАТАН-600 проводились наблюдения выборок дискретных радиоисточников, описанных во 2-й главе диссертации. В методическом и аппаратурном плане эта наблюдения незначительно отличались от обзорных.

Данные поискового обзора неба на Южном секторе РАТАН-600 в конфигурации с Плоским отражателем обрабатывались в ГАИШ с использованием вычислительного комплекса, созданного на базе микро-ЭВМ (Ларионов М.Г., Никаноров АС.). Для этой цели также была разработана новая методика последовательной фильтрации неравноточных трехмерных массивов данных и создан пакет программ обработки (Ларионов М.Г.). Благодаря использованию последовательного, а не параллельного метода, удалось выполнить задачу обработки данных со скромным набором вычислительных средств. Были созданы программные средства обработки, при которых роль оператора сводилась к установке магнитной ленты с оригинальной записью информации, наблюдению за работой вычислительного комплекса и получению

радиоисточников обзора. Решение этой задачи потребовало нескольких лет программных разработок, в которых, по возможности, были учтены всевозможные ситуации, возникающие при проведении наблюдений по программе поискового обзора.

В случае реальных наблюдений принимаемая информация отягощена помехами, неблагоприятными погодными условиями, возникающими в процессе наблюдении, вынужденными перерывами и другими обстоятельствами, делающими массивы неравноценными (в смысле равенства результирующей дисперсии шума) и неравноточными по причине несохранения интервалов между точками информации из-за вынужденных пропусков данных во время наблюдательного процесса. Поэтому реализация оптимального метода выделения радиоисточников из наблюдательных массивов, исчисляемых сотнями Мбайт, представляла длительную и сложную процедуру, связанную с разработкой оптимального алгоритма выделения радиоисточников при обработке трехмерных неравноточных массивов данных.

Для статистических исследований каталога, получаемого в результате обработки данных, дополнительно требовалась информация о его дифференциальной полноте и достоверности обнаруживаемых радиоисточников. Поэтому параллельно с получением списка объектов необходимо было сохранить информацию о каждой точке зоны обзора, то есть накапливать трехмерные массивы Л'}, где N - число повторных просмотров на каждом склонении.

При обработке данных обзора, выполненного на РАТАН-бОО, алгоритм состоял из трех основных частей, где использовался метод оптимальной фильтрации данных:

1. На первом этапе осуществлялась оптимальная фильтрация по прямому восхождению а. До указанной процедуры оригинальные записи освобождались от импульсных помех, сигналов известной формы. К таким сигналам относились калибровочные ступеньки, сигналы балансировки, сильные известные радиоисточники, сигналы от перегруженной аппаратуры и, наоборот, от выключенной усилительной части. Параллельно указанной процедуре составлялся каталог интервалов звездного времени 5„ для исключения из обработки отмеченных массивов.

2. Следующий этап начинался суммированием на каждом склонении записей, пропущенных через первый оптимальный фильтр. При этом был образован двумерный массив У а, б}' Применение формулы оптимальной фильтрации требует использования массивов с одинаковой дисперсией. С другой стороны, веса в формуле оптимальной фильтрации пропорциональны отношению сигнал/шум. Отсюда находилась формула оптимального усреднения, которая фактически была формулой оптимального сложения.

3. Свертка двумерного массива по склонению с точностью до весового коэффициента совпадает с формулой оптимальной фильтрации по а.

Дальнейший анализ сводился к поиску максимумов на каждом склонении, превышающих пороговое значение (5к9,=5ош), где <уш - дисперсия шума после всех этапов фильтрации. Ошибки координат и потоков определялись на основе данных, вычисляемых в процессе обработки массивов в каждой точке Ja.s, с использованием параметров диаграммы направленности антенны и дискретизации информации. Анализ разностей положений источников нашего обзора и объектов из списка УЬА (Лауренс и др., 1986) показал хорошее согласие ошибок положений, вычисленных по приводимым нами формулам. Описанная методика была использована при обработке материалов обзора в диапазоне склонений 0°-г14° на волне 7,6 см. Было выделено 8511 радиоисточников с потоком > 50 мЯн, которые составили основной список источников обзора 22. Дополнительный список содержит 2946 источников с потоками от 40 до 50 мЯн. Большая часть объектов списка -новые радиоисточники.

Рабочей обработке предшествовал длительный процесс согласования процедуры получения списка с Горшковым А Г., с которым мы выполняли независимо друг от друга обработку отдельных фрагментов обзора с использованием разных методик.

Обработка данных глубокого обзора в режиме разделенного времени была выполнена совместно с Журавлевым В.И. и содержала схожие описанным этапы с той разницей, что построение радиокарг осуществлялось на эпоху 1950.0 и последовательная свертка была заменена параллельной.

В результате описанных процедур был получен список 691 радиоисточника до плотности потока 20 мЯн на длине волны 7.6 см, большинство из которых - новые объекты. Полученный список был использован при статистических исследованиях видимого распределения радиоисточников по небесной сфере (гл. 6 диссертации).

Одновременно с выполнением обзора неба на Южном секторе РАТАН-600 в лаборатории ГАИШ проводился дополнительный обзор с использованием Западного сектора. Методически выполнение обзора на Западном секторе при небольших высотах И аналогично проведению обзора на Южном секторе РАТАН-600. Уточнение склонений радиоисточников основано на эффекте временного разрешения по склонению ¿№¿5 при прохождении источников с разными склонениями через Первый вертикал. Время прохождения источника через Первый вертикал для данного телескопа зависит только от экваториальных координат объекта, и при хорошо известной а и времени прохождения радиоисточника, можно получить склонение источника с точностью, значительно превышающей неопределенности склонений на Южном секторе РАТАН-600. При высокой плотности радиоисточников в каталоге необходимо дополнительно привлекать информацию о потоке во избежание неоднозначностей при проведении отождествлений.

На Западном секторе был получен каталог 213 радиоисточников обзора Ъ% с Р > 80 мЯн в диапазоне склонений 4°х6°30'. По опорным радиоисточникам с хорошо известными координатами (Лауренс и др., 1986) проверялась ошибка метода при уточнении склонений источников. Она составила величину ±(10" - 12"), что, в принципе, давало возможность поставить программу предварительных отождествлений радиоисточников с оптическими объектами по пластинкам Паломарского обзора неба.

Глава V. Анагпо обзоров, выполненных на Южном, Западном и Северном секторах РАТАН-600.

Осуществление комплексной программы по поисковым радиообзорам на РАТАН-600 позволило получить списки радиоисгочников до «космологических» уровней потоков, т.е. до потоков, где эволюционные свойства Вселенной ярко выражены.

В результате проведения поискового обзора на Южном секторе РАТАН-600 с Плоским отражателем и обработки информации был получен крупнейший в Мире фундаментальный список радиоисточников на сантиметровых волнах, содержащий 11457 объектов до уровня потока 40 мЯн. Более половины из обнаруженных в обзоре радиоисточников (-55%) - ранее незакаталогизированные объекты. Списки объектов включены в Мировую базу данных.

Минимальный уровень выделения радиоисгочников в дополнительном списке установлен в 4 стандартных отклонения шумов, в которые входят как шумы аппаратуры, антенны, неба, так и флуктуации шумов атмосферы с остаточными мешающими воздействиями помех всех видов. Другими словами, пороговый уровень шума оценивался по реальным записям. Достоверность дополнительного списка, естественно, ниже основного, и он, по оценкам, должен содержать несколько сотен ложных объектов. Мы предполагали использовать дополнительный список радиоисточников обзора Х2, в первую очередь, для проведения с ним статистических исследований, при которых не столь высокая достоверность каталога не играет определяющей роли.

Выполнять важные астрофизические исследования можно лишь со списками радиоисточников, групповые характеристики которых четко определены. Однако, не всегда удается найти полный перечень таких параметров обзоров непосредственно из самих обзоров. К таким параметрам, например, относится уровень «путаницы» телескопа. Тогда становится полезным провести сравнительные исследования списков, полученных на разных инструментах и обсерваториях.

Для этой цели нами была выполнена работа по получению версии каталога радиоисточников обзора Национальной радиоастрономической обсерватории (ПРЛО ГРИН БЭНК, США) и проведению сравнения данных Зеленчукского обзора неба с данными обзора НРАО. Из-за более высокой точности определения склонений объектов ГРИН БЭНК по сравнению с Z2, мы могли определить реальные погрешности нахождения 6в Зеленчукском обзоре неба, и разделить ошибки координат из-за шумов аппаратуры и за счет «путаницы» от радиоисточников в диаграмме направленности Южного сектора РАТАН-600. Дополнительно можно было оценить точности привязок шкал потоков. Данные этих анализов совпали с нашими оценками, найденными другими методами.

Методика получения Ог-спнска радиоисточников обзора НРАО изложена в работе Журавлева и Ларионова (1992). С использованием этой методики был составлен каталог содержащий 89 974 радиоисточника с плотностями потоков больше 20 мЯн, который использовался для сравнительных исследований каталогов.

На основе взаимных отождествлений источников обзоров Ог и 72 выполнена также оценка нижней границы достоверности Зеленчукского каталога. Расчеты показали, что достоверность приведенного списка источников 72 составляет 97% - для источников с потоком больше 0,4 Ян и 95% - для источников в интервале потоков 0,1 - 0,4 Ян. Ниже 0,1 Ян достоверность снижается до 86%.

Подсчеты радиоисточников интенсивно используются для исследования истории Вселенной. Существующие различия во взглядах на интерпретацию зависимости ¡¿Ы-^в в космологическом плане объясняются, в первую очередь, невозможностью получения параметров Вселенной без привлечения модельных решений. В статистической зависимости подсчетов источников присутствуют одновременно все основные параметры Вселенной: ее геометрия, пространственное распределение радиоисточников различных классов, изменение функций светимости объектов с космологической эпохой, процесс расширения Вселенной. Необходимо иметь дополнительный набор экспериментальных данных, таких как зависимость спектральных индексов от потоков, функций светимостей для различных типов объектов, зависимость угловых размеров радиоисточников от красного смещения, анализ фонового излучения, обусловленного дискретными источниками и др.

В ряду перечисленных задач значение зависимости в экспериментальной

космологии, по важности, занимает далеко не последнее место. Зеленчукский обзор 72, содержащий около 11,5 тысяч радиоисточников до уровня потока около 40 мЯн и глубокий обзор до потоков 20 мЯн представляют хороший статистический материал для построения статистики \gbl-lgS. Необходимые экспериментальные характеристики для ее нахождения были получены в процессе обработки данных обзора, на основании чего было построено соотношение "площадь обзора - поток", которое использовалось для внесения поправок в ¡¿N-¡¿3, особенно со стороны слабых потоков.

Полученная статистика согласуется с данными на частоте 5 ГГц (Келлерманн, Волл, 1987). Наблюдается уменьшение дифференциального наклона р зависимости в

космологическом диапазоне (£<80 мЯн) с 2,5 до 1,5, но в районе 60 мЯн и ниже намечается изменение наклона зависимости опять к большим значениям. В области потоков

около 20 мЯн статистика согласуется с данными подсчетов Вробела и Краузе (1990) на частоте 5 ГГц, поэтому изменение наклона ¡¿Ы-^ в диапазоне потоков 20-60 мЯн

выглядит достаточно убедительным. Аналогичное поведение статистической зависимости можно увидеть и в других работах на частоте 5 ГГц, где анализируются данные обзоров значительных участков небесной сферы (Келлерманн, Волл, 1987).

Полученные результаты можно интерпретировать несколькими способами:

1. В диапазоне потоков (10-70) мЯн обнаруживает себя локальная (галактическая) популяция объектов.

2. В диапазоне потоков < 70 мЯн проявляется локальная (внегалактическая) популяция источников (по аналогии с той, которая доминирует на уровнях потоков <1 мЯн).

3. Деформации статистической зависимости являются следствием присутствия в выборке радиоисточников объектов, связанных с эпохой формирования структур во Вселенной. Мы видим некоторые «искажения» пространственного распределения радиоисточников, связанные с конечным промежутком времени, в течение которого происходило образование структур во Вселенной. На основе этих замечаний нами сделан вывод о том, что при проведении астрофизической интерпретации статистической зависимости /¿//-/¿5, особенно в плане космологических построений, необходим крайне осторожный подход, учитывающий возможность существования указанных деформаций статистической зависимости /д/ч'-^З.

На допустимость существования галактической популяции радиоисточников указывалось давно (Эдж и др., 1959; Фосгер, 1961; Эман и др., 1970) Дальнейшее изучение этой проблемы привело к заключению о возможной связи определенной части дискретных радиоисточников, обнаруживаемых в обзорах, с тонкой структурой галактического фонового радиоизлучения и, следовательно, они должны принадлежать нашей Галактике (глава 2 диссертации).

Объекты галактического типа вполне могут иметь потоки на уровне десятков и сотен мЯл, что дает также возможность объяснить наблюдаемые "деформации" в области

(10-70) мЯн. Достаточно иметь общее число объектов галактической составляющей порядка 10\ Если учесть требуемую низкую светимость источников (Ю2'-1050 эрг/с), то может оказаться реальным существование такого варианта объяснения наблюдаемых изменений в подсчетах. Вполне допустимо, что области звездообразования включают в себя источники, излучающие в радиодиапазоне. Звездообразование временами инициируется ударными волнами, которые могут формировать тонкую структуру распределенного фонового радиоизлучения Галактики, с которой мы отмечали корреляцию части дискретных радиоисточников обзоров. В таких зонах могут существовать области как теплового, так и нетеплового радиоизлучения, дающие все разнообразие спектральных характеристик излучения объектов. Есть также основания предположить, что спектральный состав галактических источников более сложен, и в нем присутствуют также объекты н с крутыми спектрами, как считают Рикард и Кронин (1979).

Проведение обзора на Северном секторе РАТАН-600 аналогично обзору на Юге с Плоским отражателем. Отличия были в размерах и форме диаграммы направленности по склонению (диаграмма по склонению была в 4 раза уже, чем на Южном секторе с Плоским отражателем и, соответственно, во столько же раз были меньше перестановки по углу места - 2.5 утл. мин). Обработка данных обзора выполнялась также по схожей методике. Только последовательная фильтрация данных была заменена на двумерную свертку, осуществляемую параллельным способом. Несколько по-иному убирались низкочастотные уходы уровня сигналов в связи с тем, что использовался однорупорный прием с сохранением постоянной составляющей сигналов на входе радиотелескопа.

Была обработана зона обзора в диапазоне склонений от 0° до -50'. Представлены результаты девяти наблюдательных сессий, каждая из которых была продолжительностью около 3-х недель в период с 1988 г. По 1991 г. В результате был получен список 691

радиоисточника до уровня потока 20 мЯн, который использовался нами также и для статистических анализов, описанных в шестой главе диссертации.

Данные обзора на Западном секторе обрабатывались по той же методике, как и для обзора на Юге с Плоским отражателем. Был получен список более 200 радиоисточников в диапазоне склонений 4° +6° 30' с ошибками по прямому восхождению и склонению 7" и 12" соответственно для объектов с потоками Р > 80 мЯн. Указанная координатная точность недостаточна для уверенных оптических отождествлений по пластинкам Паломарского обзора неба, но удовлетворяет задаче проведения статистических исследований радиоисточкнков с целью установления общих закономерностей для различных категорий объектов (звездных, галактик и неотождествленных).

Нами был сделан анализ оптических и радиосвойств радиоисточников Зсленчукского обзора, наблюдавшихся на У1_А(Лауренс и др., 1986). На основе рассмотрения оптических и радио характеристик нескольких сотен объектов был сделан ряд выводов.

По пластинкам Паломарского обзора отождествляется около 50% исследовавшейся выборки радиоисточников, половина из которых - точечные оптические объекты, половина - галактики. Большая часть двойных радиоисточников и сложных структур не отождествляется с оптическими источниками. На голубых пластинках галактики и звездные объекты имеют практически одинаковые средние величины, на красных пластинках свойства их отличаются; средний спектральный индекс звездных источников близок к нулю (нейтральный цвет), галактики же имеют средний наклон спектра >1 (избытки излучения в красном фильтре).

Статистически установлена меньшая средняя величина радиопотока галактик и установлена зависимость между оптическими и радиосвойствами рассматриваемых

популяций в виде т^ =25(ZgPs - ZgFa), где т^ , Ра - средняя

величина галактик на красных пластинках и их средний радиопоток; , Р3 - средняя

величина звездных объектов на голубых пластинках и их средний радиопоток. Примечателен тот факт, что зависимость получается при рассмотрении характеристик различных объектов на пластинках разного цвета. Физический смысл этого предстоит уточнить, если такая связь подтвердится более детальными исследованиями.

Глава VI. Распределение радиоисточников и эпоха формирования структур во Вселенной.

После выполнения первых поисковых обзоров проводились исследования видимого распределения радиоисточников по небесной сфере (Миллс и др., 1957). Предполагали, что анизотропия в распределении радиоисточников может быть связана со скоплениями галактик второго порядка (Эйбел, 1958).

Спустя полвека после начала исследований крупномасштабной структуры Вселенной (Хаббл, 1936) факт существования сверхскоплений и пустот в локальной структуре Метагалактики надежно установлен (Бакал, 1988) и подтвержден данными в инфракрасном и радиодиапазонах (Фишер и др., 1994; Шейвер, 1991). Тем не менее, результаты глубокого зондирования Вселенной с помощью «карандашных» обзоров в оптике не создают однозначной картины крупномасштабной структуры даже до расстояний -1000 Мпк, не говоря уже о более далеких расстояниях (Меткэлф и др., 1995).

Одна из причин такого положения состоит в том, что в оптических обзорах одновременно присутствуют как космологическая популяция объектов (квазары и гигантские эллиптические галактики), так и локальная внегалактическая популяция источников, имеющая отличную от первой функцию светимости и пространственное распределение (Хейл и др., 1995). Другая причина - подверженность оптического диапазона селекционным эффектам, связанным с прохождением излучения от источников через среду Галактики, которая еще дополнительно излучает в полосе приема. Поэтому

предпочтительнее проводить космологические исследования с использованием данных, полученных в радиодиапазоне.

Однако, отсутствие надежных методов определения расстояний на радиочастотах не позволяет использовать этот диапазон волн для определения основных космологических параметров Вселенной без дополнительного привлечения оптических данных. Но по причине низкого процента отождествлений радиоисточников на малых потоках (20-30 мЯн) не представляется возможным получить полную выборку радиоисточников, отождествленных с оптическими объектами, и, тем более, измерить красные смещения всей выборки, видимые величины объектов которой могут быть слабее 25т. В связи с этим, предпринимались неоднократные попытки обнаружить отклонения от случайного в распределении радиоисточников по небесной сфере и определить угловой масштаб возможных отклонений, но надежных данных, свидетельствующих о существовании таких отклонений, не было.

С другой стороны, данные последних лет указывают на то, что крупномасштабная структура Вселенной, полученная на основе оптических исследований богатых скоплений галактик и отражающая распределение сверхскоплений совместно с пустотами -«воидами», обнаруживает признаки периодичности на масштабах 100-130 h'1 Мпк (Бродхюрст и др., 1990; Эйнасто и др., 1994). Именно в богатых скоплениях галактик часто бывают локализованы массивные эллиптические галактики, с которыми отождествляются радиоисточники обзоров. Центральные области скоплений подчас содержат тесные группы, в которых и располагаются галактики, ответственные за мощное радиоизлучение. В этом смысле радиоисточники могут служить индикаторами крупномасштабной структуры Вселенной, давая независимые данные для космологических построений.

В 1987 г. нами были опубликованы данные по обнаружению выделенного углового масштаба в отклонении от случайного распределения источников Зеленчукского обзора Z2 на уровне четырех среднеквадратичных величин. Была обследована практически вся область обзора в диапазоне склонений 0 4- 14 град., за исключением областей вблизи плоскости Галактики и прилегающих к Солнцу. Использовался метод подсчета числа площадок, содержащих различное число объектов в площадках. При случайном распределении источников по небесной сфере статистика числа площадок определенного размера подчиняется распределению Пуассона. В нашем случае наблюдалось отклонение от пуассоновского распределения на масштабах около 0,5 град. Характер отклонений был одинаковым в различных частях обзора и свидетельствовал о присутствии регулярных периодических структур в распределении объектов, хотя количественные отличия в эффекте отмечались.

Обнаружение нового эффекта инициировало проведение глубокого обзора неба, который продолжается и в настоящее время. Результаты обработки данных околсокваториальной области глубокого обзора (8=0 * -1°) были использованы нами для исследования распределения источников списка по небесной сфере. Мы провели также более подробное изучение обзора Z2 и зоны обзора 87GB 10° -s- 11° по склонению и 4h -г 20h по прямому восхождению, кроме областей, прилегающих к плоскости Галактики. Во всех трех обзорах видна одинаковая тенденция отклонения распределения радиоисточников от случайного. Наблюдается дефицит пустых площадок и содержащих кратное число объектов в противовес избытку площадок с одним источником. Такая деформация распределения может указывать на то, что мы имеем дело с квазирегулярными гармоническими структурами, образованными радиоисточниками, связанными со сверхскоплениями галактик и пустотами (гармоническая составляющая наложена на случайное распределение). Есть выделенный угловой масштаб отклонений в диапазоне (0,4° - 0,5°), что с учетом пустот для полного размера сверхскоплений составляет 0,8° и 1,0°. Для обзора 87GB масштаб гармонической составляющей 0,б°-0,7°. Различие масштабов отклонений не

связано с глубиной обзоров, т. к. минимальные значения потоков обзоров 87GE3 и глубокого одинаковые и равны 20 мЯн. Причину различия масштабов в несколько десятков процентов предстоит выяснить, так же как и установить, почему существуют различия в масштабах гармонической составляющей сверхскоплений, полученных по данным оптических исследований (100h"1 - 130h'1 Мпк).

Для выяснения зависимости вероятности случайной реализации не только от углового размера площадок, на которые разделяется зона обзора, но и от потока радиоисточников, выборка объектов обзора 87GB была разделена на две равные части по границе медианного значения потока, равного примерно 32 мЯн. Для сильных источников выборки была повторена процедура исследования статистического распределения числа площадок, описанная выше. На основании полученных данных был сделан вывод, что среди слабых радиоисточников обзора 87GB присутствует больше объектов, связанных с регулярными периодическими структурами, чем в выборке сильных радиоисточников. Оценки показывают, что эти отличия составляют 1,5 - 2 раза. Этот результат не противоречит космологической природе рассматриваемого эффекта, т. к. космологический «завал» в подсчетах радиоисточников на сантиметровых волнах начинается примерно с 80 мЯн, и в анализируемых списках содержится много объектов на уровнях потоков 20-80 мЯн, находящихся, по-видимому, на больших космологических расстояниях.

Анализом также установлено, что во всех рассмотренных списках на меньших, чем указано, масштабах наступает «пуассонизация» характера распределения радиоисгочников по небесной сфере (вероятность случайной реализации приближается к 1). Угловой масштаб, при котором распределение объектов становится близким к случайному (пуассоновскому), не зависит от глубины обзора (масштабы практически одинаковые для обзоров Z2 и глубокого, хотя по уровню обнаружения они отличаются в 2-2,5 раза). Поведение рассматриваемых зависимостей приводит к мысли, что на меньших угловых масштабах структурные образования вообще не существуют, а отклонения от случайного распределения радиоисточников, возможно, связаны с эпохой формирования крупномасштабных структур во Вселенной. Обнаружение этого нового эффекта, возможно, обязано тому факту, что при малых масштабах отсутствует мешающий фон структурных образований (отсутствует дальний фон). По аналогии, были обнаружены структурные образования Метагалактики, связанные с Местным сверхскоплением (Шейвер, 1991), где, наоборот, отсутствовал ближний фон структурных образований.

Оптические данные о структуре Вселенной на расстоянии до 1000 Мпк четко указывают на наличие для богатых скоплений галактик крупномасштабных образований, обнаруживающих гармонические составляющие в диапазоне (100-130) h"1 Мпк, о чем упоминалось выше. Естественно сопоставить их с крупномасштабными структурами на больших красных смещениях, являющихся причиной отклонений видимого распределения радиоисточников от пуассоновского. Также естественно допустить, что эволюция крупномасштабных структур происходит по закону изменения масштабного фактора. Тогда, фиксируя угловой масштаб отклонений от случайного распределения, равный 0,6" (на основе данных анализа обзора 87GB) и линейный размер скоплений н пустот, определенный из локальной структуры Вселенной и равный 100 h'1 Мпк, в рамках модели Вселенной Фридмана-Леметра без /1-члена (Пиблс, 1975) получается зависимость между параметром замедления qo и красным смещением 2 в форме функционала. Анализ поведения функциональной зависимости позволяет сделать вывод, что в рамках этой модели существует верхнее ограничение на параметр замедления на уровне ~0.25, который фиксирует эпоху формирования крупномасштабных образований на уровне г=(40-50). Гораздо более вероятным по физическим соображениям является более низкое значение

параметра замедления, вплоть до его нулевого значения. При этом эпоха формирования сдвигается на z = 5, что не противоречит современный наблюдательным данным.

Глава VII. Модель Фридмана-Леметра с положительной космологической постоянной.

Современное состояние космологических исследований характеризуется рассмотрением трех основных вариантов моделей Мира: Мир с плоской метрикой, открытая и закрытая Вселенные. До сих пор мы с уверенностью не можем указать метрику нашей Вселенной. Сложность заключается в том, что ее геометрические свойства, пространственное распределение объектов и их эволюционные характеристики сплетены единым клубком в наблюдательных данных. Отягощающим фактором является наличие в этих данных селекционных эффектов и трудностью получения полных списков объектов для проведения исследований.

Глубокие поисковые обзоры поставляют списки радиоисточников, среди которых многие находятся на космологических расстояниях, что благоприятно для проведения космологических построений на основе изучения крупномасштабной структуры Вселенной. Обнаружение выделенного углового размера в видимом распределении радиоисточников по небесной сфере расширяет возможности при проведении этих исследований. Падение плотности объектов вблизи z = 5 свидетельствует о том, что эпоха формирования структур во Вселенной вряд ли значительно превышает это значение красного смещения. Низкое значение параметра замедления приводит к мысли о существенной роли /i-члена в процессе расширения Вселенной. По этой причине были рассмотрены варианты модели Вселенной Фридмана-Леметра с положительной космологической постоянной.

Основные соотношения космологии включают выражения, содержащие шесть основных космологических параметров: q0 +A,=Í2J2-, Д>+А>= 1+ кс'/Н02Я>2', Q> - pJprf\ А, = Лс'/ЗНо2', где qa Q,, к, Н* Ro. А, • параметры замедления, плотности, кривизны, постоянная Хаббла, радиус кривизны Вселенной и космологический член. Ввдно, что система не доопределена, и часть параметров необходимо найти, исходя из дополнительных предположений или экспериментов. Из перечисленных параметров лучше всего известна постоянная Но, полученная на основе заатмосферных наблюдений HST. Она и была использована в качестве входного параметра модели.

Дополнительно были определены О, и qa на основе рассмотрения зависимости «угловой размер - красное смещение». Дня этого была использована выборка Капахи (1987), в которой находится более пятисот двойных радиоисточников. Указанное соотношение модельно зависимо, так как в ансамбле присутствуют далекие объекты вплоть до z = 2,2.

Если расширение Вселенной имеет место, то этот процесс должен найти отражение в эволюции линейных размеров структур (таких как двойные радиоисточники), имеющих линейные размеры порядка мегапарсека. Действительно, когда структуры во Вселенной уже сформированы, то при балансе плотности энергии вещества и вакуума закон эволюции линейных размеров может совпадать с законом изменения масштабного фактора. Для полной выборки двойных радиоисточников, как следует из работы Убачукву (1996), закон эволюции линейных размеров близок к изменению масштабного фактора: L-L(/) +z. Соответствующие соотношения для углового размера 9m(z) в случае Вселенной, заполненной только веществом или, наоборот, при доминировании вакуумной составляющей в отсутствии вещества, Í2,, приведены в работах Пиблса (1971) и Джексона (1992). Согласование модели (совместное решение для Вселенной с веществом и плотностью энергии вакуума) с зависимостью Капахи «0 - z» производилось дискретным изменением параметров Q, + А, в пределах значений от 1 до 2. На плоскости значений «Дг Л„» это соответствовало сечениям площади прямоугольника прямыми линиями с наклоном

135°. Во всех случаях область наиболее вероятных значений Д, и Л, представляла собой прямую линию на плоскости «/2>-Л,», идущую под углом 26°, что соответствовало значению до=0 и соотношению Д,=2А,. Хорошее совпадение с экспериментальными данными подтверждено х1 - тестом со значениями для 13 независимых степеней

свободы. Соответствующая величина вероятности случайной реализации р(х2)=0,37. При этом наиболее вероятные значения параметра плотности /2,=(0,9-1,0) при значениях /Ц= (0,45-0,5). Таким образом, зависимость «9 - г» для экспериментальных данных Капахи совместима с симметричной моделью относительно плотности энергии вещества и вакуума с Цо~0,

Численные данные параметров модели были получены с использованием основных соотношений космологии в общем виде с плотностью энергии вещества и вакуума (Зельдович, Новиков, 1967). Из решения системы однозначно найден параметр кривизны Вселенной (К=1). Полученная сферическая метрика позволила определить радиус кривизны и возраст Вселенной. Соответствующие численные значения Л,=18,7 млрд. световых лет и Та= 19,7 млрд. лет не противоречат экспериментально определенным возрастам старейших образований и постоянной Хаббла (70 км/сек/Мпк)..

Следует отметить, что Л-член в этом случае определяется через экспериментально измеримые величины: постоянную Хаббла и скорость света так же, как и радиус кривизны Вселенной. Последнее обстоятельство указывает на то, что Л-члеи должен уменьшается обратно пропорционально квадрату Ко- Подробнее вопрос о возможной физической интерпретации Д-члена рассмотрен в работе (Ларионов, 19976). Исходя из приведенного значения постоянной Хаббла было найдено численное значение космологического члена А=0,85 • Ю'и см

Эпоха формирования крупномасштабных структур в варианте Вселенной Фридмана-Леметра с Л-членом смещается по г на значения 7-8 (при д<,-0), но и возраст Вселенной увеличивается в раз по сравнению со случаем Вселенной без космологической постоянной. Поэтому, если будут обнаружены объекты с красными смещениями вплоть до указанных значений, мы еше не будем иметь противоречий (в пределах неопределенности значений Н„) с необходимым для формирования структур интервалом времени, прошедшем с момента начала расширения Вселенной (~ 10'лет).

Предложенную модель не следует рассматривать как попытку отрицания других моделей Вселенной. Цель работы - показать, что в рамках определенных экспериментальных данных может существовать симметричная модель Фридмана-Леметра, параметры которой определяются практически без введения произвольных величин, а лишь на основе экспериментальной информации, полученной в последние годы. К таким входным данным и относится постоянная Хаббла.

Как подтверждение сказанному, расчет зависимости «9-тп в варианте «плоской» модели Фридмана-Леметра с положительным /1-членом при тех же предположениях об эволюции линейных размеров дает наиболее вероятные значения По и Д, соответственно равными 2/3 и 1/3 (^=14.5 для 13 независимых степеней свободы, р()?)~ 0,33). Эти значения близки к полученным нами для варианта закрытой Вселенной, но в этой модели приходится дополнительно задавать кривизну..

Вариант открытого Мира, в рамках рассмотренных экспериментов, предполагает низкое значение параметра плотности (А = 0,1-0,3), что согласуется с данными других исследований.

В заключении даны основные выводы по результатам диссертационной работы. По теме диссертации опубликовано 42 статьи и отдельные выпуски.

Основные результаты опубликованы в следующих работах:

1. Ларионов М.Г., Горшков АГ., Попов М.В. "Новый радиоисточник с перкулярным спектром" АЦ, 1970, Xs 590,3.

2. Ларионов М.Г., Горшков АГ., Попов М.В., Моисеев И.Г. "Быстрый обзор неба на частоте 8550 МГц в диапазоне склонений 0°-30°" АЦ, 1971, №665,1.

3. Ларионов М.Г., Капусткин АА "Цифровая регистрация радиоастрономических данных на широкую магнитную ленту" Сообщения ГАИШ, 1971, №173.

4. Авдакушин И.А, Голубничий В.В., Гуревич Е.И., Капусткин АА, Ларионов М.Г., Никаноров АС., Попов М.В. "Ввод радиоастрономической информации с магнитофона ШХР-16 в ЦВМ БЭСМ-4" Сообщения ГАИШ, 1971, № 173.

5. Ларионов М.Г., Капусткин АА, Моисеев И.Г., Николаев Н.Я., Стежка П.Н. "Цифровая регистрирующая система для накопления радиоастрономической информации на широкой магнитной ленте" Известия КрАО, 1973, XLVII, 206.

6. Ларионов М.Г., Никаноров АС., Попов М.В. "Ввод радиоастрономической информации с накопителя на широкой магнитной ленте в ЭЦВМ "НАИРИ-2" Известия КрАО, 1973, .XLV11,213.

•7. Ларионов М.Г. "Связь дискретных радиоисточников с тонкой структурой распределенного галактического радиоизлучения" АЦ, 1975, N» 884, 1.

8. Горшков АГ., Ларионов М.Г., Попов М.В. "Видимое распределение радиоисточников" Письма в АЖ, 1975, Т.1,№ 882, I.

9. Ларионов М.Г., Попов М.В. "Методика проведения быстрого обзора неба на частоте 8550 МГц и обработки радиоастрономических данных при помощи ЭВМ" Астрон. Ж., 1976, 53, 241.

10. Ларионов М.Г. "Спектр галактического радиоизлучения в диапазоне 820-15000 МГц" Письма в АЖ, 1976, Т.2, № 4,187.

11. Ларионов М.Г., Сидоренков В.Н. "О возможной корреляции дискретных радиоисточников с тонкой структурой распределенного галактического радиоизлучения" Астрон. Ж., 1978, №2,299.

12. Ларионов М.Г., Никаноров А.С., Капусткин А.А., "Система сбора и обработки данных радиообзоров на РАТАН-600" Астрофизические исследования (Известия CAO), 1981, Т. 14, С. 114.

13. Амирханян В.Р., Горшков АГ., Капусткин АА, Конникова В.К., Лазуткин АН., Ларионов М.Г., Никаноров А.С., Сидоренков В.Н., Уголькова Л.С., Хромов О.И. "Зеленчукский многочастотный радиообзор" Сообщения CAO, 1985, Выпуск 46, С. 59.

14. Ларионов М.Г. "Уточнение склонений при радиообзорах на РАТАН-600" Сообщения CAO, 1987, Выпуск 52,62.

15. Ларионов М.Г. "Оптимальное выделение радиоисточников при обработке трехмерных массивов данных" Сообщения CAO, 1987, Выпуск 52,68.

16. Ларионов М.Г. "Исследование видимого распределения радиоисточников Зеленчукского обзора" Тезисы XIX Всесоюзной радиоастрономической конференции, Таллин, 1987,10.

17. Ларионов М.Г. "Зеленчукский каталог с уточненными положениями радиоисточников. Оптические и радиосвойства источников." Тезисы XIX Всесоюзной радиоастрономической конференции, Таллин, 1987, 12.

18. Ларионов М.Г. "Поверхностная плотность радиоисточников Зеленчукского обзора" Тезисы XIX Всесоюзной радиоастрономической конференции, Таллин, 1987,14.

19. Под редакцией М.Г. Ларионова: Амирханян В.Р., Горшков АГ., Ларионов М.Г., Капусткин А А, Конникова В.К., Лазуткин АН., Никаноров АС., Сидоренков В.Н.,

Уголькова Л.С. "Каталог радиоисточников Зеленчукского обзора неба в диапазоне склонений 0° ±14°". Отдельный сборник, Издательство МГУ, 1989.

20. Ларионов М.Г., Нестеров Н.С. "Спектры и координаты трех источников Зеленчукского обзора" Письма в АЖ, 1991, Т. 17, № 9, С. 794.

21. Ларионов М.Г. "Зеленчукский обзор неба в диапазоне склонений 0° ± 14°. Дополнительный список источников" Сообщения CAO, Материалы конференции пользователей РАТАН-600,1991, Выпуск 68, 14.

22. Журавлев В.И., Ларионов М.Г. "Составление и исследование GZ-списка обзора НРАО" АЖ, 1992, Т. 69, С. 449.

23. Ларионов М.Г., Ларионова Л.Н. "Зеленчукский каталог радиоисточников с уточненными склонениями" АЦ, 1993, К» 1555, С. 7.

24. Журавлев В.И., Ларионов М.Г. "Статистическая зависимость LgN-LgS для глубокого обзора участка южной небесной полусферы" Письма в АЖ, 1994, Т. 20, С. 83.

25. Larionov M.G., Parijskij Yu.N., Zhuravlev V.l., Sidorenkov V.N., Berlin AB. and Nizhel'skii N.A. "A 3,9 GHz survey for declination -1° to 0°" Astronomy & Astrophys. Suppl. Ser., 1994, V, 106, P. 119.

26. Ларионов М.Г. "Тонкая структура статистической зависимости подсчетов источников" Тезисы доклада XXVI радиоастрономической конференции, Санкт-Петербург, 1995.

27. Ларионов М.Г. "Статистика радиоисточников Зеленчукского обзора. Новая популяция источников?" Письма в АЖ, 1996, Т. 22, № б, С. 434-438.

28. Ларионов М.Г. «Вселенная с космологической постоянной? Данные радиообзоров» В сборнике «Проблемы современной радиоастрономии», Санкт-Петербург, 1997, Т. 1, стр. 160-161.

29. Ларионов М.Г. «Крупномасштабные структуры Вселенной» В сборнике «Проблемы современной радиоастрономии», Санкт-Петербург, 1997, Т. 1, стр. 217-218.

30. Ларионов М.Г. «Распределение радиоисточников н эпоха формирования крупномасштабных структур» Письма в АЖ., 1988, Т.24, № 1, стр. 1 - 7.

31. Ларионов (Larionov M.G.), «Limitations on cosmological parameters by data from statistical investigations of the RATAN-600 and 87GB surveys» Astrophys. and Space Sei., 1997,252, 86-94

32. Ларионов (Larionov M.G.), «Friedmann-Lemaître Universe model with a positive cosmological constant» Astrophys. and Space Sei., 1997,252, 95-103

Список литературы

1. Амирханян В.Р., Конникова В.К., Лазуткин АН., 1980 - Приемная аппаратура для проведения обзора неба на РАТАН-600 в сантиметровом диапазоне длин волн, Астрофиз. исслед., 12,151-155.

2. Амирханян В.Р., Горшков А.Г., Ларионов М.Г. и др., 1985 - Зеленчукский многочастоткый радиообзор, Сообщения САО, Выпуск 46, 59-68.

3. Бакал (Bacal N.A.), 1988 - Ann. Rev. Astron. & Astrophys., 26,631.

4. Беркхьюизен (Berkhuijsen E.), 1971 - A survey of the continuum radiation at 820 MHz between declinations -7° and +85°., Astron. & Astrophys., 14, 359 - 386.

5. Берлин А.Б., Нижельский H.A, 1991 - Комплекс радиометров континуума РАТАН-600: состояние и перспективы развития, Сообщ. Спец. астрофиз. обсерв., 68, 116-120.

6. Бродхюрст и др. (Broadhuret Т.J.,Ellis R.S., Коо D.S., Szalay A.S.), 1990 - Large-scale distribution of galaxies at the Calactic poles., Nature, 343,726 - 728.

7. Верходанов O.B., Ерухимов Б.Л., Моносов М.Л. и др., 1992 - Команды системы

обработки данных для первого облучателя РАТАН-600 под ОС XENIX. Описания., Отчет

САО РАН, 202,1-177.

8. Верходанов О.В., Ерухимов Б.Л., Моносов М.Л. и др., 1995 - FADPS - гибкая система обработки астрономических данных под ОС UNIX, XXVI Радиоастрономическая конференция, Санкт-Петербург, 315-316.

9. Вробел, Краузе (Wrobel J.M., Krause S.W.), 1990 - Counts of serendipitous 6 centimeter sources in E/SO galaxy fields., Astrophys. J., 363,11 - 20.

10. Горшков АГ., Хромов О.И., 1981 - Обнаружение дискретных радиоисточников на фоне аппаратурных шумов, Астрофиз. исслед. (Изв. САО), 14,15-23.

11. Джексон (Jackson J.C.), 1992 - A Deflationary Universe., Q.J.R. Astr. Soc., 33,17 - 26.

12. Журавлев В.И., Ларионов М.Г., 1992 - Составление и исследование GZ-сииска обзора НРАО. Астрой, журн., 69,449 • 460.

13. Зельдович Я.Б., Новиков И.Д., 1967-Релятивистская астрофизика, М: Наука.

14. Капахи (Kapahi V.K.), 1987 - The angular sue redshift relation as a cosmological tool. Proc. Of IAU Symp. on Observational Cosmology., Dordrecht, D. Reidel Pablishing Co., 251 - 265.

15. Келлерманн, Волл (Kellermann K.I., Wall J.V.), 1987 - Observational Cosmology. IAU Symp. № 124 Eds Hewitt A et al. Dordrecht: D. Reidel. Publ. Сотр., 545.

16. Ковалев Ю.А, 1998, Бюллетень САО, 44.

17. Лауренс и др. (Lawence C.R., Bennett C.L., Hewitt J.N. et al.), 1986 - The 5 HGz radio structure and optical identification of sources from the MG Survey. Maps and finding charts?, Astrophys. J. Suppl. Ser., 61,105-157.

18. Меткэлф (Metcalfe N.. Shanks T.,Fong R.,Roche N.), 1995 - Galaxy number coints - III. Deep CCD observations to B=27.5 mag., Mon. Not Roy. Astron. Soc., 273,257 - 276.

19. Миллс,Сли (Mills B.Y., SleeO.B.), 1957-Austral. J. Phys., 10, 162.

20. Парийский и др. (Parijskii Yu. N„ Buisov N.N., Lipovka N.M. et al.), 1992 - The RATASN-600 7.6 cm catalogue of radio sources within interval 22b-4h at declination SS433., Astron. & Astrophys. Suppl. Ser. 96,583-592.

21. Пиблс (Peebles P. J.E.), 1971 - In the book: «Physical Cosmology» Princeton University Press, Princeton, New-Jersey.

22. Пиблс П. 1975 - Физическая космология. М: Мир.

23. Рикард Ж. и Кронин В. (Rickard J. J., Cronyn W.M.), 1979 - Interstellar scattering, The North Polar Spur, and a possible new class compact galactic sources., Astrophys. J., 228,755762.

24. Стулл (Stull M.), 1973 - Observations of Ohio survey radio sources at 430 MHz., Astron. J., 78,285-294.

25. Фишер и др. (Fischer К. В., Davis М„ Strauss MA et. al.), ¡994 - Clustering in the 1.2 - Iy IRAC galaxy redshift survey -1. The redshift and real space correlation functions., Mon. Not. Roy. Astron. Soc., 266, 50 - 64.

26. Фостер (Foster P.), 1961 - Ph D. Thesis. Cambrige University.

27. Хаббл (Habble E.P.), 1936 - The Realm of the Nebulae. Oxford Univ. Press, P. 72-82.

28. Хейл и др. (Heyl J. S., Cole S„ Frenk C. S., Navarro J. F.), 1995 - Galaxy formation in a variety of hierarchical models., Mon. Not Roy. Astron. Soc., 274,755 - 768.

29. Шейвер (Shaver P. A), 1991 - Radio surveys and large scale structure., Austral. J. Phys., 44, 759 - 769.

30. Эдж и др. (Edge D.O., Shakeshaft J.R., Mc Adam W.V. et al.), 1959 - A survey of radio sources at a frequensy of 159 Mc/s., Mem. Roy. Astron. Soc., 68,37 - 60.

31. Эйбелл (Abell G.O.), 1958 - The distribution of rich clusters of galaxies., Astrophys. J. Suppl. Ser., 31,211 -288.

32. Эйнасто и др. (Einasto M., Einasto J., Tago E. eL al.), 1994 - The structure of the Universe traced by rich clusters of galaxies Mon. Not Roy. Astron. Soc., 269,301-318.

33. Эман и др. (Ehman J., Dixon J., Kraus J.), 1970 - The Ohio surveybetween declinations of 0° and 36° south., Astron. J., 75,351 - 406.