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. 

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.

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).

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