fian-inform

Switch to desktop Register Login

 

В июне 2018 г. к концу подходит пятый год открытой научной программы наблюдений наземно-космического радиоинтерферометра РадиоАстрон. С июля 2018 года стартует новый, шестой, этап наблюдательной программы – АО-6 на 2018-2019 гг.

 

SRT

 Художественное изображение РадиоАстрона.
Источник: АКЦ ФИАН

 

    AO-6 традиционно была сформирована из поданных на конкурс предложений, куда принимались заявки двух типов: “ключевая научная программа” (KSP) и “общее наблюдательное время” (GOT).

     Подробнее с правилами конкурса можно ознакомиться на сайте конкурса.

    Научная экспертиза поступивших проектов осуществлялась международным научным советом экспертов проекта РадиоАстрон, результаты утверждены его руководителем, академиком Н.С. Кардашевым. В международный совет экспертов на период AO-6 вошли:

– Matthew Lister (председатель, Университет Пердью, США),

– David Jauncey (CSIRO, Австралия),

– Alexander Pushkarev (КрАО, Россия), Olaf Wucknitz (MPIfR, Германия),

– Benito Marcote (JIVE, Голландия),

– Liz Humphreys (Европейская Южная Обсерватория).

 

    В рамках периода АО-6 для наблюдений было отобрано 13 проектов:

• GOT: “Слежение за изменениями видности суперкомпактных водяных мазерных пятен с целью изучения межзвездной микротурбулентности”, PI: Hiroshi Imai (Университет Кагошимы, Япония);

• KSP: “Мониторинг субструктуры в дисках рассеяния радиоизлучения пульсаров”, PI: Carl Gwinn (UCSB, США);

• GOT: “Двумерное картографирование межзвездного рассеивающего экрана в направлении пульсара в Крабовидной туманности”, PI: Robert Main (CITA, Канада);

• GOT: “Эпизодическая аккреция и выброс вещества в процессе формирования массивных звезд по наблюдениям РадиоАстрона в линии воды 22 ГГц”, PI: Ольга Баяндина (АКЦ ФИАН, Россия);

• GOT: “Наблюдение ярких “водяных фонтанов” и звездных водяных мазеров с высоким угловым разрешением”, PI: Михаил Щуров (АКЦ ФИАН, Россия);

• GOT: “Необычное АЯГ PKS 0521-365 под пристальным взором наземно-космического РСДБ”, PI: Eduardo Ros (MPIfR, Германия; Университет Валенсии, Испания);

• KSP: “Исследование межзвездного рассеяния с помощью наблюдений субструктуры рефракционного рассеяния в АЯГ с помощью наземно-космического радиоинтерферометра РадиоАстрон”, PI: Михаил Лисаков (АКЦ ФИАН, Россия);

• KSP: “Структура яркого загадочного блазара AO 0235+164 с двадцатикратным увеличением”, PI: Leonid Gurvits (JIVE, Голландия; TU Delft, Голландия);

• GOT: “Измерение угловых размеров быстро движущихся компонент в мегамазере NGC 4258”, PI: James Moran (CfA, США);

• GOT: “Заглядывая в область формирования джета радиогалактики Лебедь А”, PI: Uwe Bach (MPIfR, Германия);

• KSP: “Исследование наиболее глубоких областей джетов АЯГ и их магнитных полей”, PI: Jose L. Gomez (IAA, Испания);

• GOT: “Наблюдения активных галактических ядер методом многочастотного синтеза на частоте 22 ГГц”, PI: Виктор Зуга (АКЦ ФИАН, Россия);

• GOT: “N113 – выдающийся водяной мазер в области звездообразования в Большом Магеллановом Облаке”, PI: Андрей Соболев (УрФУ, Россия).

 

    Из представленного списка приоритет "A" (высший) имеют четыре проекта, "B" – семь, "C" – два проекта. Соавторы заявок представляют 20 стран мира в количестве более 150 человек. Наибольшее количество исследователей – из России, следом идут Германия, Испания, США, Австралия и Канада.

 

АКЦ ФИАН для АНИ «ФИАН-информ»

Международная команда исследователей, включающая учёных ФИАН, МФТИ и МГУ, с беспрецедентной точностью визуализировала образование струи плазмы в окрестности массивной чёрной дыры. Радиоизображение, сделанное с помощью комбинации телескопов в космосе и на Земле, позволило восстановить структуру струи с потрясающей детализацией на уровне всего лишь в пару сотен радиусов горизонта чёрной дыры. Астрономам впервые удалось достичь такого разрешения. Полученные данные заставляют астрофизиков пересмотреть устоявшиеся взгляды на формирование джетов. Работа опубликована в журнале Nature Astronomy.

 

RA 030418 1 

Коллаж схематически показывает наземно-космический интерферометр «Радиоастрон» (сигналы отдельных телескопов объединяются при помощи интерференции радиоволн) слева и восстановленное изображение струи в галактике «Персей А», изображённое в псевдоцвете.
Размер в треть светового года показан справа жёлтой линией.

Источник: Pier Raffaele Platania INAF/IRA (коллаж); АКЦ ФИАН (изображение РадиоАстрона)

 

    Массивные чёрные дыры в центрах галактик превосходят массу Солнца в миллиарды раз. Уже давно известно, что некоторые из этих массивных чёрных дыр выбрасывают струи плазмы, которая течёт со скоростью, близкой к скорости света. Такие струи плазмы, называемые джетами, формируются в окрестности чёрной дыры и могут выходить далеко за пределы родной галактики. Над вопросом о том, как формируются джеты, астрофизики бьются многие годы. Долгое время не было технической возможности увидеть структуру этих струй достаточно близко к месту их зарождения, что необходимо для прямого сравнения информации, полученной из наблюдений, с теоретическими моделями образования джетов. Полученные из наблюдений «РадиоАстрона» данные позволят проверить теоретические модели и зададут дальнейшее направление их развития.

    По сей день учёными обсуждаются базовые гипотезы формирования выбросов плазмы в галактиках. Есть две конкурирующие идеи, которые были предложены ещё на рубеже 70–80-х годов прошлого века.

 

RA 030418 2 

Фантазия художника на тему «Центр активной галактики с аккреционным диском
и яркой узкой симметричной струёй».

Источник: Вольфганг Штеффен, Институт астрономии
Национального автономного университета Мексики

 

    Одна – модель Блэнфорда-Знаека. В центре галактики находится сверхмассивная чёрная дыра массой в миллиарды масс Солнца. Она вращается, вокруг нее вращается аккреционный диск. Часть падающего на неё из аккреционного диска вещества, которая не засасывается чёрной дырой, выбрасывается наружу в виде струи. То есть узкий джет формируется благодаря крутящему моменту, получаемому от центральной сверхмассивной чёрной дыры.

    С этим представлением многие годы конкурировала модель Блэнфорда-Пейна. В рамках этой модели считается, что формирование горячих выбросов плазмы возможно через крутящий момент, уносимый от аккреционного диска. То есть сама черная дыра не играет ключевую роль в формировании джета.

    До последнего времени астрофизики, занимающиеся далекими галактиками, отдавали предпочтение модели Блэнфорда – Знаека: они склонялись к тому, что джеты в галактиках формируются центральной сверхмассивной чёрной дырой.

    Международная команда исследователей из восьми стран с помощью космического телескопа «РадиоАстрон» получила изображения джета, зарождающегося в окрестности центральной чёрной дыры галактики «Персей A» с ультравысоким угловым разрешением. Астрономам удалось получить детальное изображение основания джета в 10 раз ближе к границе чёрной дыры, чем это было возможно с наземными инструментами. Впервые получилось выявить новые детали области формирования струи.

    Полученные данные являются серьёзным аргументом в пользу гипотезы о том, что джет может формироваться с участием аккреционного диска. Возможно, что вклад в этот процесс от аккреционного диска даже является основным.

 

    «Мы публикуем первую карту "РадиоАстрона" для объекта, находящегося так близко к нам. Из-за его близости реализуемое линейное разрешение составляет величину всего лишь 12 световых дней на расстоянии 70 мегапарсек, или 230 миллионов световых лет! Благодаря такому беспрецедентному разрешению „РадиоАстрона“ мы увидели, что джет сразу стартует широким и имеет цилиндрическую форму. Быть с самого начала широким он может только при условии, если в его формировании значительную роль сыграл аккреционный диск. Это первый результат, который указывает на важность вклада диска», — комментирует соавтор этих результатов, заведующий лабораторией ФИАН и в МФТИ, член-корреспондент РАН Юрий Ковалев.

 

RA 030418 3 

Радиоизображение джета в галактике «Персей А», полученное «РадиоАстроном».
Источник: Giovannini et al., Nature Astronomy

 

    Раньше, из-за ограничения параметров наземных телескопов, астрономы не имели такого высокого углового разрешения при наблюдении джетов, поэтому не могли измерить ширину джета в его основании. Из-за этого, общепринятой точкой зрения являлось то, что джеты стартуют узкими, и, следовательно, они формируются центральной чёрной дырой.

    Благодаря возможностям «РадиоАстрона», авторы работы обнаружили, что ширина джета в самом основании составляет порядка тысячи радиусов Шварцшильда (этот радиус определяет размер горизонта событий чёрной дыры). А ведь, согласно устоявшимся представлениям, размер джета у его основания должен быть как минимум на порядок меньше.

 

    «Это может означать, что, по крайней мере, внешняя часть струи запускается с аккреционного диска, окружающего чёрную дыру. Наш результат ещё не опровергает текущие гипотезы, в которых джеты запускаются из эргосферы – области пространства рядом с вращающейся чёрной дырой. Но, надеюсь, он даст теоретикам представление о структуре струи вблизи места запуска и подскажет, как модернизировать модели», — заключает доктор Туомас Саволайнен из Университета Аалто в Финляндии.

 

Для справки

    В рамках международного проекта «РадиоАстрон» в 2011 году на околоземную орбиту был запущен космический радиотелескоп. Главный элемент аппарата – 10-метровое зеркало. При запуске оно было в сложенном состоянии, чтобы габариты не превышали 3,5 метра – диаметр ракеты. При выходе на расчётную орбиту 27 лепестков раскрылись и сформировали параболоид вращения размером 10 метров с точностью 1 миллиметр. Этот телескоп был построен Научно-производственным объединением им. Лавочкина. Головной научной организаций является Астрокосмический центр Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, руководитель проекта – академик РАН Николай Кардашёв.

 

RA 030418 4 

Космический телескоп проекта «РадиоАстрон» готовится к запуску.
Источник: НПО им. С.А. Лавочкина

 

    «"РадиоАстрон" реализует рекордное угловое разрешение до нескольких микросекунд дуги, эквивалентное радиотелескопу диаметром 350 000 км – почти расстояние между Землёй и Луной. На Земле с нами работает до 40 крупнейших радиотелескопов по всему миру. Сигналы отдельных телескопов, синхронизированные с помощью атомных часов, объединяются вместе в интерферометре для получения изображения при помощи специализированной обработки данных», — рассказывает Юрий Ковалев.

 

RA 030418 5 

Наземные радиотелескопы, участвовавшие в наблюдениях «РадиоАстрона».
Источник: Paul Boven (Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.). Изображение со спутника: Blue Marble Next Generation,
любезно предоставлено NASA Visible Earth (visibleearth.nasa.gov).

 

 

АНИ «ФИАН-информ», совместно с пресс-службами МФТИ и МГУ

Российская космическая обсерватория «Радиоастрон» совместно с наземными радиотелескопами из нескольких стран смогла обнаружить экстремально компактные детали в удаленном от Земли на 2 тысячи световых лет источнике мазерного излучения в линии водяного пара на частоте 22 ГГц – двойная деталь содержит компоненты размером с наше Солнце. Результаты исследования опубликованы в The Astrophysical Journal.

 

    «Мы обнаружили самую маленькую структуру, когда-либо наблюдавшуюся в галактических мазерах и это еще раз показывает, какими возможностями обладает наш радиоинтерферометр - мы смогли различить объекты размером с диаметр солнечного диска на расстоянии в 700 парсек, угловые размеры которых 3000 раз меньше, чем мог различить знаменитый космический телескоп "Хаббл"», – говорит один из авторов работы, Алексей Алакоз из Астрокосмического центра ФИАН.

 

    Мазерное излучение, как и лазерное, возникает в среде с инверсной населенностью энергетических уровней (в обычной среде ситуация обратная), иначе говоря, в среде, где число молекул или атомов, находящихся на верхнем уровне энергии, превосходит число молекул или атомов, находящихся на нижнем. Когда в такую среду попадает фотон с энергией, соответствующей разности энергий между уровнями, он вызывает процесс перехода молекул на нижний уровень с излучением когерентных фотонов (являющихся почти точной копией исходных), в результате чего происходит лавинообразное усиление излучения – лазерного (если это происходит в видимом диапазоне) или мазерного (в микроволновом).

    В межзвездном газе тоже могут возникать условия для генерации мазерного излучения в линиях некоторых молекул (в протозвездных и протопланетных дисках, областях звездообразования, оболочках проэволюционировавших звезд, остатках сверхновых, в окрестностях сверхмассивных черных дыр в других галактиках), при этом наиболее сильное излучение наблюдается в линиях воды (H2O), гидроксила (OH), метанола (CH3OH) и окиси кремния (SiO).

    Для работы космического мазера необходим постоянный приток энергии, создающий инверсную заселенность уровней путем накачки излучением (например, от молодой звезды) и/или столкновениями с молекулами газа. Необходим также отток энергии, обеспечивающий работу циклов накачки, а также достаточно большие размеры самих облаков газа, где может генерироваться излучение.

    В том случае, если происходит резкое изменение условий накачки или два (или более) облака газа в процессе движения совмещаются на луче зрения наблюдателя, возможно резкое усиление излучения – вспышка мазера.

    Наиболее эффективно космические мазеры работают в качестве усилителей фонового излучения, но для слабых мазеров хватает усиления собственного спонтанного излучения.

    С точки зрения наблюдателя мазерные линии выглядит как обычное излучение, но яркостная температура наблюдаемого источника (рассчитанная, как если бы это было тепловое излучение абсолютно черного тела) зачастую может достигать сотен триллионов градусов, а ширина линий может быть значительно меньше нормальной для теплового излучения. При этом на самом деле излучающий газ имеет относительно низкую температуру – обычно не более нескольких сотен градусов.

    Из-за их небольших угловых размеров (несколько миллисекунд дуги и меньше), очень высоких плотностей потока (до тысяч Янских) и узкой ширины линии (обычно около 0,5 километров в секунду и меньше), отсутствия поглощения пылью, мазеры позволяют исследовать кинематику и физические параметры областей звездообразования по всей Галактике и даже околоядерных областей в других галактиках.

 

cephaatlas    Международная команда «Радиоастрона» исследовала область активного звездообразования «Цефей А» (по имени созвездия), находящуюся на расстоянии около 2 тысяч световых лет от Земли в линии излучения молекулы воды на частоте 22 Гигагерца.

    Ранее в этой области в радиодиапазоне уже было обнаружено 16 компактных источников теплового радиоизлучения – большинство из которых, скорее всего – новорожденные звезды класса О или В в "коконе" из родительских газопылевых облаков. Эти объекты были описаны в работе Hughes & Wouterloot 1984, поэтому таким объектам присвоены названия начинающиеся с HW. Со многими из этих объектов также связано излучение мазеров воды и гидроксила, а в HW2 ранее было зарегистрировано излучение метанольных мазеров, то есть источников мазерного излучения в радиолиниях метилового спирта. В ноябре 2012 года эта область звездообразования была исследована «Радиоастроном» совместно с тремя наземными радиотелескопами, расположенными в России, Италии и Испании.

    В результате удалось обнаружить три очень компактных мазерных детали, не разрешаемых до конца даже на наземно-космических базах, что примерно соответствует разрешению радиотелескопа с диаметром зеркала в три с лишним раза диаметра Земли. Одна из этих деталей связана с областью HW2, где расположен массивный протопланетный диск. Две другие детали наблюдаются в окрестностях другого объекта, HW3Diii. Всего в этом объекте удалось разглядеть два сверхкомпактных ярких пятна мазерного излучения, каждое из которых имеет размеры, сопоставимые с диаметром Солнца.

    По одной из наиболее вероятных версий, рассмотренных в статье, поток газа от близкой массивной молодой звезды, связанной с объектом HW3dii наталкивается на препятствие, связанное с объектом HW3Diii (вероятно, на аккреционный диск вокруг молодой звезды), в результате взаимодействия с этим препятствием в потоке газа образуется вихревая дорожка (дорожка фон Кармана), а наблюдавшиеся на «Радиоастроне» объекты представляют собой ближайшую к препятствию пару вихрей (пару турбулентных ячеек), где уплотнившийся газ получает близкие к идеальным условия для возникновения мазерного эффекта. Другое возможное объяснение этих наблюдательных данных – мазеры в различных сгустках газа, попавших одновременно на луч зрения.

 

    «Вероятнее всего, мы наблюдаем взаимодействие струи газа, выброшенной соседней звездой с каким-то препятствием, например аккреционным диском вокруг другой звезды. В таких струях возникают турбулентные явления, самым красивым из которых является образование дорожки вихрей (мы видим это и на спутниковых снимках земных облаков). В этих вихрях и возникают наблюдавшиеся нами сверхкомпактные мазерные детали. Различить отдельные ячейки турбулентности до сих пор не удавалось, несмотря на то, что знания об их размере необходимы для построения теории строения и эволюции космических объектов. Для проведения таких измерений потребовался "Радиоастрон" – самый большой прибор, созданный человеком», – прокомментировал результаты космического проекта первый автор статьи, Андрей Соболев из Уральского федерального университета.

 

АКЦ ФИАН для АНИ «ФИАН-информ»

 

___________________________

От редакции. Изображение предоставлено авторами

Spektr101011    РадиоАстрон наблюдает в настоящий момент по программе AO-4. С июля 2017 года стартует пятый год открытой научной программы, который продлится до июня 2018 года. В июле 2017 года запланирована коррекция орбиты спутника «Спектр-Р» для исправления ожидаемой в первой половине 2018 года длительной тени и опасного сближения с Землей. АКЦ ФИАН, НПО им. С.А. Лавочкина и ИПМ им. М.В. Келдыша предпримут все усилия для минимизации потерь наблюдательного времени в июле и августе 2017 года из-за проведения коррекции.

    На конкурс AO-5 принимались заявки двух типов: «ключевая научная программа» (KSP) и «общее наблюдательное время» (GOT). (См. подробнее правила конкурса по ссылке). Научная экспертиза поступивших проектов была осуществлена международным научным советом экспертов РадиоАстрон, и результаты утверждены руководителем проекта РадиоАстрон академиком Н.С. Кардашевым. В международный совет экспертов РадиоАстрон на период AO-5 вошли: Jason Hessels (университет Амстердама, Нидерланды), Dave Jauncey (CSIRO, Австралия), Matthew Lister (университет Пердью, США), Александр Пушкарев (КрАО, Россия), Mark Reid (председатель, Центр астрофизики Гарварда, США), Olaf Wucknitz (MPIfR, Германия). Ниже приведен список 11 проектов, отобранных для наблюдений в рамках периода AO-5, в порядке их поступления на конкурс:

•    GOT: «Исследование межзвездной микротурбулентности по наблюдениям видности гиперкомпактных пятен мазеров водяного пара», PIs: Hiroshi Imai (Kagoshima U., Япония), Алексей Алакоз (АКЦ ФИАН, Россия);

•    GOT: «Мониторинг субструктуры кружков рассеяния радиоизлучения пульсаров», PI: Carl Gwinn (UCSB, США);

•    GOT: «Ярчайшие объекты далекой Вселенной», PI: Леонид Гурвиц (JIVE и TU Delft, Нидерланды);

•    KSP: «Эволюция высокой яркостной температуры ядер активных галактик», PI: Юрий Ковалев (АКЦ ФИАН, Россия);

•    KSP: «Изучение внутренних областей ядер активных галактик и их магнитных полей», PI: Jose-Luis Gomez (IAA, Испания);

•    GOT: «Исследование межзвездного рассеивающего вещества при помощи интенсивных наблюдений рефракционной субструктуры активных галактик на РадиоАстроне», PI: Михаил Лисаков (АКЦ ФИАН, Россия);

•    GOT: «Наблюдения центральной области мазерного излучения водяного пара в NGC 4258 с экстремальным угловым разрешением», PI: Willem Baan (ASTRON, Нидерланды);

•    GOT: «Ранние стадии образования массивных звезд по данным изучения мазерных линий водяного пара на РадиоАстроне», PI: Stan Kurtz (UNAM, Мексика);

•    KSP: «Гравитационное красное смещение с РадиоАстроном», PI: Валентин Руденко (ГАИШ МГУ, Россия);

•    KSP: «Структура центральной области в активной галактике M87», PI: Tuomas Savolainen (Aalto U., Finland; MPIfR, Germany);

•    GOT: «Разрешая область генерации гамма-излучения в J0211+1051 и S5 1044+71», PI: Victor Patino-Alvares (MPIfR, Германия).

   Из представленного списка приоритет "A" (высший) имеют шесть проектов. Соавторы заявок представляют 20 стран мира в количестве более 160 человек. Наибольшее количество исследователей — из России, следом идут США, Германия, Испания, Нидерланды, Австралия, Канада и др.

 

Абсолютный рекорд углового разрешения. Опять

 

    В то время, как читатели могут насладиться свежими научными публикациями результатов РадиоАстрона, нам приятно объявить об очередном абсолютном рекорде углового разрешения, достигнутом интерферометром. Мегамазер воды в NGC4258 был успешно измерен на длине волны 1.3 см на наземно-космической базе Спектр-Р – Медичина (Италия). Величина проекции базы составила 340 000 км (26.7 диаметров Земли, разрешение 8 микросекунд дуги). Предыдущий рекорд величиной в 11 микросекунд дуги на том же мегамазере был установлен РадиоАстроном совместно с телескопом GBT (США). В этом соревновании за рекордное угловое разрешение не сильно уступают и квазары. Ультра-компактное ядро любимого многими квазара 3C 279 было успешно зарегистрировано РадиоАстроном при участии американской решетки VLA на длине волны 1.3 см с проекцией базы интерферометра 235 000 км (18.5 диаметров Земли, разрешение 12 микросекунд дуги). Эти результаты уникальны и крайне важны для исследования физики излучения как мазеров водяного пара в дисках галактик, так и компактных ядер квазаров.

 

Н. Кардашев, Ю. Ковалев для АНИ «ФИАН-информ»

__________________________

Проект РадиоАстрон осуществляется Астрокосмическим центром Физического института им. П.Н. Лебедева Российской Академии наук и Научно-производственным объединением им. С.А. Лавочкина по контракту с Российским космическим агентством совместно с многими научно-техническими организациями в России и других странах.

«Радиоастрон» уличил классический квазар 3C273 в превышении «разрешенной» температуры.

                                                                                                                              

    Квазар 3C273, открытый еще в 1963 году, загадал новую загадку астрономам – наблюдения за ним с помощью телескопа «Радиоастрон» показали, что он имеет эффективную температуру от 10 до 40 триллионов градусов, и это примерно в 10 раз выше значений, которые допускает теория, говорится в статье, опубликованной в ведущем научном журнале Astrophysical Journal Letters.

 

    «Это противоречит нашим представлениям о природе излучения квазаров. Полагаю, за этим поразительным результатом скрывается новая глава в изучении дальней Вселенной», – говорит руководитель проекта «Радиоастрон», руководитель Астрокосмического центра ФИАН Николай Кардашев.

 

    В центре спиральных галактик находятся сверхмассивные черные дыры, масса которых может в миллионы и миллиарды раз превышать массу Солнца. Некоторые из них ведут себя крайне неспокойно – это так называемые активные ядра галактик, которые испускают мощные потоки электромагнитного излучения. В класс таких объектов входят и квазары, которые являются одними из самых ярких объектов во Вселенной. Первые из них были обнаружены еще в 1950-е годы, их назвали «радиозвездами», поскольку сначала считали объектами нашей Галактики. Однако ученых смущал их совсем не звёздный спектр. В 1963 году в созвездии Девы был обнаружен квазар 3C273, измерено его красное смещение, и стало понятно, что эти «квази-звезды» – ядра далеких активных галактик, находящиеся на расстоянии в миллиарды световых лет. Это компактные объекты, яркость которых может превышать яркость целой галактики. Сверхмассивные черные дыры в центрах квазаров притягивают материю, она нагревается до сверхвысоких температур и ее часть выбрасывается прочь в виде быстрых и узких плазменных струй – джетов.

 

AGN2
Художественное  изображение центра активной галактики
(© Wolfgang Steffen, институт астрономии, UNAM, Мексика)

 

    Исследование квазаров позволяет лучше понять физику экстремальных состояний материи, и, в частности, изучить как «работают» сверхмассивные черные дыры. Наземно-космический интерферометр «Радиоастрон» – один из самых совершенных инструментов для этого. Он состоит из российского космического радиотелескопа «Спектр-Р», работающего совместно с крупнейшими наземными телескопами. Для исследований квазара 3C273 на Земле астрономы привлекли 100-метровый радиотелескоп в Эффельсберге (Германия), 110-метровый в Гринбэнке, 300-метровый телескоп Аресибо, и решетку VLA (США). Работая совместно, космическая и наземные радиообсерватории способны дать наивысшее угловое разрешение, когда-либо достигнутое в астрономии – в тысячи раз выше, чем у космического телескопа «Хаббл».

    Именно возможности «Радиоастрона» позволили авторам исследования впервые зарегистрировать экстремальную яркость ядра квазара – в результате было получено значение эффективной температуры от 20 до 40 триллионов градусов Кельвина. Заметим, эффективная температура в данном случае лишь косвенно связана с «обычной» температурой, этим термином ученые обозначают температуру абсолютно черного тела, которое излучало бы с обнаруженной яркостью.

    Это значение поставило ученых в тупик: дело в том, что эффективная температура плазмы, из которой состоят джеты квазаров, не может превышать 500 миллиардов градусов. Потолок температуры связан с так называемой обратной комптоновской катастрофой – если энергия электронов превышает этот предел, они начинают лавинообразно передавать энергию фотонам и охлаждаться. Но квазар 3C273 нарушает это ограничение, даже учет известного эффекта релятивистского усиления оказывается недостаточным для объяснения этого феномена.

 

    «Каким-то образом ядро квазара умудряется держать температуру экстремально высокой. Мы высказали несколько идей, включая излучение релятивистских протонов. Будем разбираться. Это тот тип счастливых научных открытий, который обязательно поможет нам лучше понять принцип работы квазаров», - говорит руководитель научной программы «Радиоастрона», заведующий лабораторией АКЦ ФИАН Юрий Ковалев.

 

В РОЛИ ГАЛАКТИЧЕСКОГО РЕНТГЕНА

 

    Высокое разрешение «Радиоастрона» позволило ученым с помощью квазара 3C273 получить «рентгеновский снимок» нашей собственной Галактики. В изображении квазара удалось разглядеть неоднородности – яркие пятнышки, которые появились при прохождении излучения сквозь межзвездную среду Млечного пути.

 

RA 3C273
 Пример искажения изображения космического объекта при прохождении излучения через межзвездную среду в нашей галактике. Слева – картинка без рассеяния, справка – изображение того же объекта, но с яркими пятнами так называемой суб-структуры рассеяния
(© Michael Johnson, Harvard-Smithsonian CfA, США)

 

    «Точно так же, как пламя свечи искажает изображение, на которое смотрят сквозь горячий воздух над ней, турбулентности плазмы нашей собственной Галактики искажают изображения далеких астрофизических объектов, таких как квазары», – объясняет Майкл Джонсон из Гарвард-Смитсонианского астрофизического центра.

 

    Результаты опубликованы в отдельной статье группы проекта «Радиоастрон», сразу следом за первой обсуждавшейся выше публикацией, в Astrophysical Journal.

 

    «Квазары так компактны, что мы никогда ранее не могли видеть эти искажения. Поразительное угловое разрешение «Радиоастрона» дало нам новый инструмент, чтобы понять экстремальную физику по соседству с центральными сверхмассивными черными дырами в далеких галактиках и свойства диффузной плазмы, наполняющей нашу собственную Галактику», - отмечает он.

 

    Это первый квазар, для которого ученые обнаружили эффект субструктуры рассеяния. Теперь им предстоит более детально изучить богатые данные наблюдений «Радиоастрона» многих квазаров, чтобы получить подробную информацию об особенностях межзвездной среды на основе анализа субструктур в их изображениях.

 

АКЦ ФИАН для АНИ «ФИАН-информ»

 

P.S. Материал снован на научных статьях:

Контакт научной группы: Юрий Ковалев, Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

_____________________________________________

Справка:

    Проект «Радиоастрон» разработан в Астрокосмическом центре Физического института им. П.Н. Лебедева РАН и НПО им. С.А. Лавочкина, в кооперации с рядом российских и международных организаций. Идея проекта состоит в создании наземно-космического радиоинтерферометра со сверхдлинной базой в несколько сотен тысяч километров, чего невозможно достичь с использованием наземных радиотелескопов.

SRT
Художественное изображение космического радиотелескопа «Спектр-Р»
проекта наземно-космического интерферометра «РадиоАстрон»

 

    Космический аппарат «Спектр-Р» с 10-метровым радиотелескопом был запущен с космодрома Байконур в июле 2011 года и выведен на эллиптическую орбиту с апогеем до 350 тысяч километров. Работая совместно с крупнейшими наземными радиотелескопами, он смог получить самое высокое угловое разрешение в истории астрономии – до 8 микросекунд дуги. Основные направления исследований: ядра галактик и массивные черные дыры, пульсары и межзвездная среда, галактические и внегалактические мазеры,  гравитационная астрономия.

Наземно-космический интерферометр «РадиоАстрон» получил изображение ядра активной галактики с рекордным угловым разрешением в истории астрономии.

 

    Российский космический радиотелескоп «Радиоастрон» совместно с 15 наземными радиотелескопами из России (сеть «Квазар-КВО»), Европы и США, во время наблюдений активного ядра галактики в созвездии Ящерицы, объекта BL Lacertae, получил изображения с самым высоким угловым разрешением в истории астрономии. Учёные смогли разглядеть на них особенности структуры джетов – гигантских струй вещества, которые выбрасывает сверхмассивная черная дыра в центре этой галактики, и восстановить структуру магнитного поля говорится в статье, опубликованной в Astrophysical Journal.

    Интерферометрия со сверхдлинной базой (РСДБ или VLBI) используется в радиоастрономии с 1974 года, она основана на наблюдении одного и того же объекта с помощью нескольких независимых радиотелескопов, разделённых определенным расстоянием (его называют «базой») и «складывании» полученных сигналов. Полученная «картинка» эквивалентна той, которую мог бы дать гигантский радиотелескоп с диаметром зеркала равным расстоянию между телескопами интерферометра. Развитие этого метода наблюдений сдерживалось физическим барьером – телескопы нельзя было разнести на расстояние большее, чем диаметр Земли. С конца 1970-х годов астрофизик Николай Кардашев и его коллеги разрабатывали проект наземно-космического интерферометра, который мог бы преодолеть это ограничение.

    В 2011 году этот проект был осуществлён, на орбиту был выведен космический аппарат «Спектр-Р». На нем был установлен радиотелескоп с диаметром зеркала 10 метров, что позволило создать самый большой в истории наземно-космический радиоинтерферометр с базой практически равной расстоянию до Луны. С момента своего запуска «Радиоастрон» успешно работает и проводит совместные наблюдения с крупнейшими радиотелескопами Земли.

    В ходе сеанса наблюдений, проведённого на самой короткой длине волны интерферометра(1,3 см) с  участием 15 наземных радиотелескопов, ученые смогли добиться рекордного углового разрешения – 21 микросекунда дуги.

 

    «Это более чем тысячу раз лучше разрешения космического телескопа "Хаббл", оптический телескоп с таким угловым разрешением мог бы разглядеть спичечный коробок на поверхности Луны», - говорит руководитель научной программы проекта из Астрокомического центра ФИАН Юрий Ковалев.

 

RA 160126

Самый крупный астрономический телескоп в истории.
При наблюдениях галактики BL Lacertae в созвездии Ящерицы на длине волны 1.3 см,
РадиоАстрон сформировал виртуальный телескоп размером в 8 диаметров Земли. В результате этих наблюдений удалось разрешить структуры размером в 6 тысяч астрономических единиц (одна астрономическая единица соответствует расстоянию от Земли до Солнца). Это примерно в 30 меньше, чем облако Оорта в Солнечной системе и в 45 раз меньше, чем расстояние от Солнца до ближайшей звезды Альфа Центавра. На рисунке проведено сравнение полученного изображения галактики BL Lacertae с Солнцем или Альфа Центавра, если бы последние находились на том же расстоянии, что и BL Lacertae.
(© MPIfR/А. Лобанов)

 

    Он и его коллеги наблюдали за поведением объекта BL Lacertae. Это блазар, сверхмассивная черная дыра, окруженная диском плазмы, разогретой до температур в миллиарды градусов. Мощные магнитные поля и высокие температуры формируют джеты – струи газа длиной до нескольких световых лет. Теоретические модели предсказывали, что из-за вращения черной дыры и аккреционного диска, линии магнитного поля должны формировать спиральные структуры, которые в свою очередь ускоряют поток вещества в джетах. Ученым с помощью «Радиоастрона» смогли увидеть эти спиральные структуры, а также зоны ударной волны в области формирования джета, что позволило лучше понять как работают эти самые мощные во Вселенной источники излучения.

 

    «Ядро галактики оказалось экстремально горячим. Если бы мы попытались воспроизвести эти физические условия на Земле, то получили бы зону с температурой более триллиона градусов», – прокомментировал результаты научный сотрудник Института радиоастрономии общества Макса Планка Андрей Лобанов.

 

И. Ферапонтов для АНИ «ФИАН-информ»

 

    В дополнение, научной группой подготовлен видеоматериал с рассказом о полученных результатах (для просмотра щелкнуть мыщью на изображении):

 

RA 160126 1

 

 

____________________________________________________

Проект «РадиоАстрон» осуществляется Астрокосмическим центром Физического института им. П.Н. Лебедева РАН и Научно-производственным объединением им. С.А. Лавочкина по контракту с Роскосмосом совместно с многими научно-техническими организациями в России и других странах.

Оригинальная статья:
J. L. Gómez et al. "Probing the innermost regions of AGN jets and their magnetic fields with Radioastron. I. Imaging BL Lacertae at 21 microarcsecond resolution". The Astrophysical Journal, том 817, статья id. 96 (2016); препринт ArXiv:1512.04690

 

Исполнилось 4 года со дня запуска космического радиотелескопа «Спектр-Р» проекта наземно-космического интерферометра РадиоАстрон. Научные группы проекта рассказывают о новых результатах исследований близкой галактики 3C84, изучении плазмы в нашей галактике с помощью пульсаров и удивительного «межзвездного интерферометра», новый рекорд в обзоре  галактических мазеров водяного пара.

 

Наблюдения близкой галактики 3С84

 

    В процессе работ в рамках Ключевой научной программы РадиоАстрона по изучению близких галактик получено качественное изображение радиоисточника 3С84 в эллиптической галактике NGC 1275, с высочайшим угловым разрешением.

                  Гигантская галактика NGC 1275 находится на расстоянии 75 мегапарсек; угловой размер в 1 миллисекунду дуги соответствует всего 0.3 парсека. Благодаря этому, объект является одним из лучших кандидатов для исследования джета[1] вблизи сверхмассивной чёрной дыры, находящейся в центре галактики, с высочайшим уровнем детализации изображения. Результаты исследования позволят учёным лучше понять процесс формирования струй в галактиках.

    В период 21-22 сентября 2013 г., в течение 22 часов, проводилось картографирование 3C84 на частотах 5 и 22 ГГц, в процессе которого использовался специальный двухчастотный режим космического радиотелескопа.

                  Наземная поддержка осуществлялась системой (решёткой), состоявшей из 25 телескопов, в числе которых были европейская РСДБ[2]  сеть, совместно с российской Квазар-КВО, российский телескоп Калязин, корейская РСДБ сеть, американские телескопы GBT, VLBA, фазированная VLA. Часть наземной сети проводила наблюдения на частоте 5 ГГц, часть – на 22 ГГц. Телескоп в Эффельсберге (Германия) менял диапазоны. Полученные данные коррелировались в Институте радиоастрономии Общества Макса Планка (Германия).

    Сигнал наземно-космического интерферометра успешно зарегистрирован для интервала проекций баз интерферометра от 0.2 до, примерно, 7 диаметров Земли в обоих диапазонах. На иллюстрации 1 приведена восстановленная карта радиоисточника 3С84, полученная телескопом РадиоАстрон на самой высокой частоте проекта 22 ГГц. 

 

news29 3c84

Иллюстрация 1. Карта близкой галактики 3С84, полученная в полной интенсивности на частоте 22 ГГц на наземно-космическом интерферометре РадиоАстрон с экстремальным разрешением. Диаграмма направленности интерферометра показана в левом нижнем углу с размерами 150х70 mas. Пик излучения находится на уровне 1 Ян/луч. Видимое изображение с Севера на Юг (сверху вниз) занимает в проекции размер в 1.2 парсека.

 

    На карте центральная область 3С84 представляет сложную структуру на масштабах субмилисекунд дуги. Выделяется яркое пятно сверху (Север) – это ядро галактики, а также яркая деталь снизу (Юг) – она движется с субсветовой скоростью по искривлённой траектории.

    Карта демонстрирует субструктуру этих областей с уникальной детализацией. Впервые ясно проявился контр-джет (выброс на Север) на масштабах суб-парсеков. Джет и контр-джет разрешены поперёк.

    Угловое разрешение карты составляет примерно 50 микросекунд дуги или 500 радиусов Шварцшильда. Можно видеть уярчение к краям для джета и контр-джета, что представляет собой уникальный и крайне важный результат для понимания природы такого выброса.

    На Юге, в конце джета, выделяется пятно, его компактность указывает на высочайшую яркость, что совершенно неожиданно для суб-релятивистского объекта, наблюдаемого под большим углом к выбросу.

 

Зондирование межзвёздной плазмы радиоимпульсами пульсаров

 

    Изучение пульсаров с помощью радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами позволяет не только получать новую информацию о самих пульсарах, но и использовать их как инструмент для изучения структуры межзвёздной среды, заполняющей пространство между земными наблюдателями и исследуемыми пульсарами.

    Пульсар В1933+16 наблюдался РадиоАстроном 1 августа 2013 г. одновременно в двух диапазонах длин волн. На частоте 92 см наблюдения проводились с использованием системы апертурного синтеза в Вестборке (WSRT, Нидерланды) и 25-метровой антенны американской решётки телескопов VLBA в Санта-Крус. На частоте 18 см работала 300-метровая антенна в Аресибо, 32-метровая антенна в Торуни и 32-метровый телескоп российской системы КВАЗАР в Светлом. Это был первый научный эксперимент, в котором участвовал в качестве станции приёма информации 45-метровый телескоп обсерватории НРАО в Грин Бэнке (США).

    Пульсар В1933+16 находится в спиральном рукаве созвездия Стрельца на удалении около 4 килопарсек. Луч зрения на пульсар проходит вдоль этого спирального рукава, что создаёт условия для изучения сложной структуры неоднородностей плазмы на луче. Прежде всего, был измерен диаметр кружка рассеяния, определявшийся по поведению амплитуды интерференционного отклика при прогрессивном удалении космического радиотелескопа от Земли на длине волны 92 см.

    Такие измерения стали традиционными для наземно-космического интерферометра РадиоАстрон. Иллюстрация 2 демонстрирует эту методику.

 

news29 pulsar1

Иллюстрация 2. Зависимость амплитуды интерференционного отклика наземно-космического интерферометра от величины проекции базы между радиотелескопом в Вестерборке (Нидерланды) и космическим радиотелескопом «Спектр-Р». Пунктирная линия, проведённая через измеренные значения, соответствует круглому диску рассеяния с диаметром 17 тысячных долей угловой секунды

 

    Диаметр кружка рассеяния изменяется прямо пропорционально квадрату длины волны наблюдений; на волне длиной 92 см он получился равным 17 тысячным долям угловой секунды (mas). На волне 18 см ожидаемое значение составляет всего 0,7 mas. Такая величина может быть измерена на максимальных базах интерферометра РадиоАстрон, но в ходе наблюдений 1 августа 2013 г. соответствующие базы не были реализованы.

    Рассеяние радиоволн на неоднородностях межзвёздной плазмы вызывает интерференцию лучей, что приводит к появлению так называемого «межзвёздного интерферометра» с эффективной базой, равной расстоянию между крайними рассеянными лучами. Оно составляет несколько астрономических единиц. На иллюстрации 3 приведена интерферограмма (диаграмма запаздывание-частота интерференции), полученная для данного пульсара в проведённом сеансе на самом большом радиотелескопе в Аресибо (Пуэрто-Рико, США).

 

news29 pulsar2 

Иллюстрация 3. Вторичный спектр, полученный для пульсара В1933+16 по данным, зарегистрированным на радиотелескопе в Аресибо, на длине волны 18 см. Уярчения, имеющие форму параболических дуг, вызваны интерференцией рассеянных лучей на двух тонких экранах, расположенных на расстояниях 0.27 и 0.73 полного расстояния от наблюдателя до пульсара. Пунктирные белые линии показывают теоретические аппроксимирующие функции

 

    На диаграмме видны некоторые структуры, отражающие интерференцию рассеянных лучей. Эти структуры имеют форму параболических дуг, причём каждая дуга соответствует некоторому тонкому рассеивающему экрану, а кривизна каждой дуги однозначно связана с положением такого экрана на луче зрения. Светлые тонкие параболы – это результат аппроксимации для двух дуг, а соответствующие эффективные экраны должны находиться от наблюдателя на расстояниях в 0.25 и 0.73 от величины расстояния до самого пульсара. Если сопоставить эти величины с наблюдаемыми неоднородностями межзвёздного вещества в данном направлении, можно уточнить и само расстояние до пульсара.

 

Наблюдение мазера в области звёздообразования W49 N

 

    27 апреля 2015 г. были проведены новые наблюдения одного из наиболее удалённых источников мазерного излучения в линии водяного пара в галактике – области звёздообразования W49 N, находящейся на расстоянии около 36 тысяч световых лет в спиральном рукаве созвездия Персея. Совместно с космическим радиотелескопом в эксперименте принимали участие несколько наземных радиотелескопов.

    Сигнал на наземно-космической базе был обнаружен с двумя наиболее чувствительными наземными антеннами из группы принявших участие в наблюдениях: 100-метровым телескопом в Эффельсберге (Германия) и 43-метровым телескопом в Йебесе (Испания). Проекция базы интерферометра во время наблюдений достигала ~9.7 длины диаметра Земли, угловое разрешение составляло ~23 микросекунды дуги – величина, рекордная для наблюдений мазеров водяного пара.

    Проведённые наблюдения позволят получить оценки яркостных температур и размеров наиболее компактных деталей мазерных источников.

 

    Руководитель научной программы РадиоАстрон, д.ф-м.н. Юрий Юрьевич Ковалёв (АКЦ ФИАН) комментирует:

 

    «Мы поздравляем с четырёхлетней годовщиной запуска и благодарим наших партнеров в России и других странах за плодотворное сотрудничество. Открытая научная программа проекта продолжается, несколько недель назад начался новый цикл AO3. Надеемся, он принесет нам новые неожиданные результаты. Например, на сентябрь 2015 года намечены наблюдения центра нашей Галактики вместе с крупнейшими телескопами США и Австралии на самой короткой длине волны интерферометра».

 

Проект РадиоАстрон осуществляется Астрокосмическим центром Физического института им. П.Н. Лебедева РАН и НПО им. С.А. Лавочкина по контракту с Российским космическим агентством, при участии ряда научных организаций России и других стран.

 

В. Жебит, АНИ «ФИАН-информ»

 

________________________________

[1]       Джеты (струи) – узконаправленные выбросы частиц, отходящие от генерирующего их космического объекта, обычно, в двух противоположных направлениях. К тексту

[2]       РСДБ – радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами. К тексту

RA 3

 

С помощью наземно-космического интерферометра проекта «РадиоАстрон» международной командой ученых впервые зарегистрировано излучение мазеров воды от внегалактического объекта – аккреционного диска в галактике Мессье 106, а также в нескольких областях образования звезд в нашей галактике. Восстановлено изображение водяного мазера в области звездообразования W3 IRS5 с экстремальным разрешением около 7 диаметров Солнца. 

 

Первые наблюдения внегалактического мазера

 

    Радиоинтерферометр со сверхдлинными базами – инструмент для наблюдений космических объектов в радиодиапазоне с целью получения высокого углового разрешения. Он может состоять из двух или более антенн, разнесенных на большое расстояние. Возможность инструмента изучать компактные космические объекты с высокой детализацией определяется расстоянием между составляющими его антеннами и называется угловым разрешением. Космический телескоп Спектр-Р проекта «РадиоАстрон» позволяет увеличить максимальное расстояние между антеннами почти до размера лунной орбиты. Разрешение такого интерферометра может превышать возможности наземных инструментов в 25-30 раз.

    Международная группа ученых, работающая над исследованием космических мазеров (природных «лазеров» в радиолиниях молекул водяного пара и гидроксила) в проекте «РадиоАстрон», сообщила об успешных наблюдениях с помощью наземно-космического интерферометра мазерного излучения водяного пара от галактики NGC 4258 (Мессье 106), находящейся на расстоянии примерно 24 млн. световых лет в направлении созвездия Гончих Псов. В этой галактике, являющейся типичным представителем целого класса  объектов, мазерное излучение наблюдается в виде многочисленных компактных пятен, находящихся в газовом аккреционном диске вокруг сверхмассивной черной дыры в центре. Из-за большой светимости, превышающей в миллионы раз светимость мазеров в областях звездообразования и оболочках звезд нашей галактики этим объектам присвоили термин «мегамазеры».

    Источником энергии для накачки таких мазеров может быть рентгеновское излучение центральной части галактики. Существование множества наблюдаемых компонент объясняется неустойчивостями и турбулентностью в аккреционном диске. Поскольку они связаны с веществом диска, то по располо¬жению и движению этих деталей можно изучать структуру и кинематику диска и, что особенно важно, определять расстояние до галактики.

    В ходе эксперимента сигнал был зарегистрирован на базах между космическим радиотелескопом и 2 наземными станциями (100-метровый радиотелескоп в Грин-Бэнке, США и 32-метровый телескоп в Торуне, Польша). Проекция базы интерферометра в этих наблюдениях достигала размеров, равных примерно двум диаметрам Земли, что соответствует угловому разрешению около 110 микросекунд дуги.

    Главный научный сотрудник УрФУ А.М. Соболев прокомментировал:

 

    «Успешная регистрация внегалактического мазера в рамках проекта «РадиоАстрон» показала принципиальную возможность проведения исследований таких объектов методом космической интерферометрии, который позволяет многократно улучшить угловое разрешение. Кроме технических сложностей, существует ряд естественных физических причин, по которым такие наблюдения могли быть невозможны. К ним относятся чрезвычайно высокая направленность мазерного излучения, рассеяние излучения в самом объекте и на пути к нему. Высокое угловое разрешение необходимо, в частности, для точного определения положений космических мазеров и исследования движений газа в околоядерных дисках других галактик. Эти данные чрезвычайно важны для измерения расстояний до внегалактических объектов и изучения структуры Вселенной

 

Заведующий лабораторией АКЦ ФИАН, Алексей Алакоз добавил:

 

    «То, что нам удалось увидеть мазерное излучение от NGC 4258 – это очень большой успех, ведь из-за далекого расстояния до объекта, а это около 24 миллионов световых лет, наблюдаемый поток оказывается достаточно слабым и для его регистрации требуется очень хорошая работа всех составляющих интерферометра. Тем не менее, нами был получен интерференционный отклик с очень хорошим отношением сигнал/шум, что открывает принципиально новые возможности по изучению внегалактических мазеров с большим угловым разрешением».

 

RA 150410 1

Рисунок 1. Кросс-корреляционные спектры мазерного излучения NGC4258,
полученные между 10-метровым космическим радиотелескопом Спектр-Р (РадиоАстрон) и наземными телескопами:
100-м радиотелескопом в Грин-Бэнке (вверху) и 32-м радиотелескопом в Торуне (внизу).
По осям отложены: амплитуда коррелированного сигнала в относительных единицах и лучевая скорость спектральной детали в км/с относительно местного
стандарта покоя в км/с. В верхней части каждого рисунка показана фаза в градусах в зависимости от скорости спектральной детали. В области, где интерферометрический сигнал от мазерных компонент отсутствует или теряется в шумах, фаза изменяется хаотически между соседними каналами

 

Мазеры в областях звездообразования Orion KL, W49 N, W3(H2O)

 

    Другая важная часть научной программы проекта «РадиоАстрон» посвящена изучению космических мазеров в окрестностях молодых звезд, формирующихся внутри облаков межзвездного газа в нашей галактике. Они не столь мощны, как мегамазеры, но намного ближе и, следовательно, значительно ярче. Поэтому наблюдать их проще. Научной группе удалось обнаружить излучение еще от нескольких таких областей.

    В ходе исследований был обнаружен сигнал от очень компактного водяного мазера, связанного с ближайшей к нам областью образования массивных звезд Orion KL, которая расположена на расстоянии около 1370 световых лет от Солнца и является частью комплекса молекулярных облаков в созвездии Ориона. В этом объекте протекают активные процессы звездообразования, сопровождающиеся мощным мазерным излучением в линии водяного пара.

    Наблюдаемая компактная мазерная деталь вероятнеее всего связана со струйным истечением из аккрецирующего молодого звездного объекта. Оценки показывают, что яркостная температура излучения мазера может превышать 1015К.

    Коррелированный сигнал был получен в двух экспериментах между  космическим радиотелескопом Спектр-Р (РадиоАстрон) и наземным 40-метровым радиотелескопом в Йебесе (Испания), 32-метровым радиотелескопом в Торуне (Польша) и 26-метровым радиотелескопом под Йоханнесбургом (ЮАР). Проекция базы интерферометра во время наблюдений достигала до 3,5 диаметров Земли, что соответствует угловому разрешению  около 63 микросекунд дуги. На расстоянии до Orion KL это соответствует линейному размеру примерно в 3 диаметра Солнца.

    18 апреля 2014 были проведены успешные наблюдения одного из наиболее удаленных источников мазерного излучения в Галактике – области звездообразования W49 N, находящейся в спиральном рукаве Персея на расстоянии около 36 тыс. световых лет. Совместно с космическим радиотелескопом Спектр-Р (РадиоАстрон) в эксперименте принимал участие 100-метровый телескоп в Эффельсберге (Германия). Проекция базы интерферометра во время наблюдений достигала трёх диаметров Земли, угловое разрешение составляло около 73 микросекунд дуги. Эта регистрация имеет большую важность, так как она показала, что наличие межзвездного рассеяния не исключает возможности существования сверхкомпактных структур в изображениях мазерных источников, находящихся в плоскости Галактики на больших расстояниях от Земли.

    Научная группа продолжает работать над улучшением процедуры анализа, в результате обработки данных был обнаружен интерферометрический отклик, в данных, полученных в 2012 г., при наблюдении комплекса ярких водяных мазеров W3 (H2O). Сигнал был зарегистрирован на проекциях базы до 3,8 диаметров Земли между космическим радиотелескопом Спектр-Р (РадиоАстрон) и наземными антеннами в Эффельсберге и Йебесе, размеры радиоинтерферометрических лепестков составляли примерно 58 микросекунд дуги. Эти наблюдения позволят получить оценки яркостных температур и размеров мазерных источников.

 

Картографирование водяных мазеров

 

    Рабочей группой получены результаты картографирования водяных мазеров в области звездообразования W3 IRS5 на наземно-космическом интерферометре «РадиоАстрон». Наблюдения проводились 17 октября 2013 г. Совместно с космическим телескопом Спектр-Р в эксперименте принимали участие Европейская РСДБ сеть (EVN), а также российские радиотелескопы системы Квазар-КВО. Значимый интерференционный сигнал был получен при масштабе проекции базы около 6 диаметров Земли, что позволило достичь рекордного для наблюдений мазеров углового разрешения в 36 микросекунд дуги.

    Изображение самой яркой компоненты мазера в W3 IRS5 и ее положение представлено на рисунке 2. Изображение мазерного пятна имеет протяженную структуру (серые контуры) с очень компактной деталью (черные контуры) около центра, видимой на наземно-космических базах.

 

RA 150410 2

Рисунок 2. Область образования звезд W3 IRS5.

Слева: контурное изображение самого яркого из зарегистрированных мазерных пятен в линии H2O.
Распределения яркости, полученные только на наземных базах и только на наземно-космических базах, показаны серыми и черными контурами, соответственно.

Справа: карта распределения мазерных деталей полученная на японском интерферометре VERA.
Коричневые и черные контуры показывают распределение яркости излучения в континууме на 7 мм и 13 мм, соответственно. Положение самой яркой из компактных деталей, обнаруженной на «РадиоАстроне», показано стрелкой

 

    Алексей Алакоз уточнил:

 

    «Нашей группой проведен совместный анализ данных "РадиоАстрон" и японского интерферометра VERA, что позволило определить форму и положение компактных деталей мазера, наблюдавшихся на наземно-космических базах. Это дает новые данные о структуре и физических характеристиках мазеров в этой области звездообразования и позволяет уточнить механизм накачки».

 

    Проект РадиоАстрон осуществляется Астрокосмическим центром Физического института им. П.Н. Лебедева Российской Академии наук и Научно-производственным объединением им. С.А. Лавочкина по контракту с Российским космическим агентством совместно с многими научно-техническими организациями в России и других странах.

 

В. Жебит, АНИ «ФИАН-Информ»

Астрофизики, работающие в международном проекте «Радиоастрон», впервые смогли разглядеть структуры, связанные с процессами в сверхмассивной черной дыре в центре нашей Галактики.                                                                  

 

    Сверхмассивные черные дыры (точнее их ближайшие окрестности) являются сверхмощными источниками электромагнитного излучения. Согласно современным представлениям, в центре нашей Галактики, как и в центрах других массивных галактик, находится сверхмассивная черная дыра, которая поглощает межзвездную пыль и газ, попутно разогревая их до миллионов градусов. «Наша» черная дыра массой около 4,5 миллионов масс Солнца закрыта от Солнечной системы плотными облаками пыли и газа, поэтому о ее существовании можно догадаться только благодаря наблюдаемому рассеянному излучению. С помощью радиотелескопов можно увидеть то место, где она находится, в виде мутного пятна в созвездии Стрельца. Пятно получило название «радиоисточник Sgr A*». Никаких деталей в этом пятне ни в инфракрасном, ни в рентгеновском, ни в радио- диапазонах пока разглядеть не удавалось.

 

Sagittarius A

Так выглядит черная дыра в центре нашей Галактики в художественном изображении (Chandra X-ray Observatory)

 

    Радиоинтерферометры со сверхдлинными базами – совместно работающие радиотелескопы, размещенные в разных концах Земли – могут давать изображение с очень большим разрешением. Такое разрешение мог бы дать воображаемый телескоп с диаметром антенны, равным расстоянию между этими телескопами. Орбитальный радиотелескоп «РадиоАстрон» образует совместно с наземными радиотелескопами радиоинтерферометр с уникально длинной базой, что позволяет получать изображения астрофизических объектов с исключительно высоким разрешением.

    Ученые Астрокосмического центра ФИАН Ю.Ю. Ковалев и В.А. Согласнов, совместно с зарубежными коллегами Карлом Гвинном из университета Калифорнии (США) и Майклом Джонсоном из Гарвард-Смитсонианского астрофизического центра (США), вместе работающие в международном проекте «Радиоастрон», на основе результатов изучения пульсаров предсказали, что на длине волны 1,3 см наземно-космический радиоинтерферометр «Радиоастрон» может увидеть неоднородности в пятне «радиоисточника Sgr A*» – там, где их не видят одиночные наземные радиотелескопы. Учёные подсчитали, что в среде, окружающей черную дыру, неоднородности размером всего в 300 километров могут создавать на газопылевом «экране» пятнышки размером около 1 миллионной доли угловой секунды. Такие детали доступны для наблюдения в проекте «Радиоастрон».

 

Sagittarius A rp

Видимое радиоизображение центра нашей Галактики (Sgr A*) на длине волны 1,3 см

 

    В настоящее время ученые провели первый сеанс из серии запланированных наблюдений,  соединив в один наблюдательный комплекс систему апертурного синтеза VLBA и 100-метровую антенну в Гринбэнке (США). Их предположения оправдались: интерферометр увидел предсказанные суб-структуры. Авторы работы, опубликованной недавно в журнале Astrophysical Journal, отмечают, что эти необычные пятнышки в изображении нельзя «списать» только на неоднородности газа между черной дырой и нами – это «испорченное пылью» изображение ближайших окрестностей черной дыры.

    Заведующий лабораторией АКЦ ФИАН, руководитель научной программы «РадиоАстрон» д.ф.-м.н. Ю.Ю. Ковалев комментирует:

 

    «Это  большой успех и удовольствие – сделать предсказание нового эффекта и получить его подтверждение. Открытие суб-структуры в изображении центра нашей Галактики явилось результатом совместных усилий международной группы ученых – специалистов по пульсарам, межзвездной среде, центрам галактик. Это открывает новое окно возможностей для изучения непосредственных окрестностей черных дыр, скрытых от нас экранами пыли и газа

 

    Российские ученые считают, что сеанс работы интерферометра «Радиоастрон», запланированный на март 2015 года, позволит восстановить изображение центра Галактики с еще большей детализацией.

 

В. Жебит, АНИ «ФИАН-информ»

На заседании Государственной комиссии Роскосмоса, рассмотревшем итоги 3-летней эксплуатации космического комплекса «Спектр-Р» (Радиоастрон), были отмечены выдающиеся достижения участников программы в исследованиях дальнего космоса. Учёт технического состояния бортовых систем позволил продлить полётную программу.

 

RA-3

 

    В Федеральном космическом агентстве состоялось заседание Государственной комиссии по проведению летных испытаний космических комплексов социально-экономического, научного и коммерческого назначения на тему «О результатах летных испытаний космического комплекса «Спектр-Р» (Радиоастрон).

    На заседании с вступительным словом выступил заместитель руководителя Роскосмоса – первый заместитель Государственной комиссии Михаил Николаевич Хайлов. Данные всех участников проекта – представителей предприятий ракетно-космической промышленности и научных организаций – весьма положительны. С учетом технического состояния бортовых систем космического аппарата и наземных средств, а также  положительных результатов летных испытаний, Государственная комиссия приняла решение продолжить использование космического комплекса «Спектр-Р» за пределами назначенного срока активного существования для выполнения работ по Программе научных исследований.

    В рамках научной программы проекта «Радиоастрон» изучались три группы космических объектов: квазары — ядра далеких галактик, пульсары — нейтронные («мертвые») звезды нашей галактики, мазеры — области образования звезд и планет в нашей галактике. Всего на сегодняшний день было успешно изучено более 100 космических объектов. Наземное плечо интерферометра обеспечивали более 30 радиотелескопов России, Украины, Австралии, Великобритании, Германии, Индии, Испании, Италии, Нидерландов, Польши, Швеции, Финляндии, Китая, ЮАР, США, Японии и др.

 

    В ходе исследований были получены следующие важнейшие новые научные и технические результаты:
•    реализован самый большой исследовательский инструмент за всю историю человечества размером от Земли до Луны;
•    с помощью проекта «Радиоастрон» удалось побить все мировые рекорды по угловому разрешению, реализовав самый «зоркий глаз» за всю историю научных экспериментов на нашей планете. Сигналы от многих ультра-далеких космических объектов уверенно зарегистрированы на базе интерферометра до 350 тысяч километров;
•    достигнуто рекордное угловое разрешение в 14 миллионных долей секунды дуги;
•    получены первые результаты по исследованию поляризации с ультра-высоким разрешением.

 

    Наблюдения квазаров, находящихся на расстоянии миллиарды световых лет от Земли, позволили получить изображения выбросов горячего вещества из них, измерить ширину сопла выбросов вблизи центральной сверхмассивной черной дыры и восстановить тонкую структуру магнитного поля. Сопла струй оказались значительно горячее, чем считалось ранее. Это привело к качественному изменению понимания природы излучения релятивистских выбросов, производимых квазарами.

    Также оказались успешными результаты наблюдений пульсаров. Считалось, что высокому разрешению будут препятствовать именно эффекты рассеивания излучения в Галактике по пути от пульсара к Земле. В результате научные группы проекта «Радиоастрон» открыли компактную суб-структуру дисков рассеивания в пульсарах. Более того, их последующие исследования уже на наземной РСДБ сети обнаружили суб-структуру  и для центра нашей Галактики SgrA*. Данное открытие позволит ученым получить как характеристики рассевающей турбулентной плазмы, так и самого объекта исследований.

    В рамках научной программы по исследованию космических мазеров с помощью наземно-космического интерферометра «Радиоастрон» были обнаружены компактные источники мазерного излучения молекул гидроксила (на частоте 1665 МГц) и воды (22235 МГц) в нескольких областях звездообразования в нашей Галактике.

    Наблюдения с таким высоким разрешением проводились впервые в истории и позволили ученым изучать физику тонкой структуры областей звездообразования, кинематику и динамику протозвезд.

 

В. Жебит, АНИ «ФИАН-информ»

Страница 1 из 3

ФИАН - Информ © 2012 | All rights reserved.

Top Desktop version