Введение к работе
Актуальность
Исследования галактических нетепловых радиоисточников в мнол частотных обзорах и мониторингах служат решению многих актуал ных проблем звездной астрофизики.
Сверхновые и ОСН играют ключевую роль в галактической астрі физике. Молодые ОСН инжектируют продукты нуклеосинтеза взрыве сверхновых в МЗС, тяжелые элементы наблюдаются в спектрах звез следующих поколений. Общепринято, что СН и ОСН производят болі шую часть космических лучей и нетеплового распределенного фонов< го излучения Галактики. Сверхновые являются главными источнике ми энергии для МЗС, формируют ее структуру и способствуют звезд( образованию из-за затравочного сжатия МЗС на ударных фронтах [ 1* Явление радиосверхновых возникает на самой ранней стадии раегдирс ния ОСН при мощном взаимодействии взрывной ударной волны с бли» ней окружающей средой. Открытие вспышки сверхновой 1987А в БМ( и радиосверхновой 1993J в М81 и последующие их радионаблюдени [ 2*, 3*] подтвердили представление о том, что ближайшая окружак щая среда (CSM) звезды является важнейшим фактором в образовани и эволюции будущего ОСН.
С увеличением чувствительности, разрешающей способности й мне гочастотности крупных современных радиотелескопов и приборов н новых рентгеновских спутниках был достигнут существенный прогрес
обнаружении ОСН, каталоги которых включают 215-220 галактиче-шх ОСН [ 4*] и почти столько же в других галактиках: БМО, ММО, 131, МЗЗидр. [1*, 5*].
В общепринятом делении ОСН на два основных класса по свойствам х радиоизлучения - оболочки и "крабоподобные" ОСН-плерионы [6*], оследние представляют особый интерес из-за очевидной связи этих олодых ОСН с центральным звездным остатком, нейтронной звездой ли черной дырой. По-видимому, сверхновые II типа оставляют после зрыва звездный остаток. После долгих поисков в рентегновском диа-азоне в нескольких оболочечных ОСН (например, в G 78.2+2.1 [ 7*]
G296.5+10.0 [ 8*]) были обнаружены "радиоспокойные1' нейтронные зезды. Координатное совпадение двух из трех мягких гамма-барстеров эепитеров) с ОСН-плерионами дало основание полагать, что явление амма-вспышек связано с нейтронными звездами. Крабовидная туман-ость продолжает оставаться очень актуальным объектом, как полигон ля проверки многих теорий. Хотя астрофизика ОСН не ограяичивает-i их радиоизлучением, и только малая доля всей энергии взрыва пе-еходит к радиоизлучающим электронам в ОСН (< 0.01 Епол), именно
радиодиапазоне ОСН исследуются наиболее полно. Это достигается і счет высокой чувствительности к слабым протяженным деталям при гсутствии поглощения в Галактике на сантиметровых волнах. Ради-наблюдения ОСН позволяют точно фиксировать положение ударного ронта по границе излучения.
Знание радиоспектров ОСН помогает сделать выбор среди возмож-ых механизмов генерации в них релятивистских электронов и, в коечном итоге, проследить эволюцию ОСН в МЗС [ 1*, 9*, 10*]. Поэто-у крайне неоднородные данные измерений компиляционных спектров олыпинства ОСН [11*] требуют существенного уточнения и дополне-ия.
Переменное радиоизлучение в тесных двойных системах является ин-икатором образования струйных выбросов. Изучение переменной со-гавляющей излучения ГРРИ представляется особенно важным, так ак дает возможность понять механизм образования струйных выбро-эв и коллимации вещества в них. Пекулярный объект SS433, открытый центре ОСН W50 [12*], тесная двойная система с аккрецией на ком-актный компонент [12*, 13*], поставил перед исследователями целый
комплекс физических проблем: от сценария эволюции ДВОЙНЫХ СИСТ с образованием релятивистского компонента до механизма взаимодс. ствия коллимированных струй с газовой оболочкой ОСН [14*, 15*]. Этс объект остается единственным объектом, в оптическом спектре кот рого обнаружены релятивистские доплеровски-смещенные эмиссионнь линии.
Как было выяснено совсем недавно, SS433 с рядом других объе; тов составляет выборку галактических радиоизлучающих рентгено ских источников со струйными выбросами (ГРРИ). В эту выборку вх дят "сверхсветовые" галактические радиоисточники [16*, 17*], что уб
ДИТеЛЫЮ Свидетельствуют, ЧТО ЯВЛеНИе реЛЯТИВИСТСКИХ СТРУЙНЫХ BI
бросов присуще не только активным ядрам галактик, но и звездны системам с аккрецирующими объектами. Мониторинг переменности р: диопотока таких активных тесных двойных систем является мощны методом исследования механизмов, вызывающих образование струйнь; выбросов во внегалактических источниках, где временной масштаб w ременности в десятки раз больше [18*]-
В 90-е годы проведено несколько крупных галактических радиообз* ров на телескопах: 100-метровом в Бонне, VLA, MOST, WSRT, Parkes DRAO [19*, 20*, 21*, 22*, 23*, 24*], в которых были обнаружены ОСЬ Выполненные на разных частотах и с разным угловым разрешением эт обзоры взаимно дополняют друг друга. Как показывает опыт, новь ОСН открываются именно в новых больших обзорах плоскости Галаї тики на крупнейших телескопах. Поиск переменных галактических кої. нактных объектов также является актуальной задачей в обзорах [25*]
Радиотелескоп РАТАН-600 при умеренном разрешении (0.5'—4') обл дает основными параметрами, необходимыми для вышеперечисленны исследований: высокой чувствительностью по яркостной температуре многочастотностыо, которые достигнуты за счет оснащения телескоп современными криорадиометрами в широком диапазоне частот. Стг бильная и надежная работа радиометров и системы АСУ антенной, от лаженная методика наблюдений и обработки дают уникальную возмоа ность в одном наблюдении получать мгновенные спектры переменны источников. На телескопе можно исследовать ~ 80% области Млечног пути, где расположено более половины всех ОСН, внесенных в каталои
Цель работы
1. Измерение интегральных потоков ОСН в трех галактических ква-
рантах в сантиметровом диапазоне волн для построения точных спек-
ров. Составление полного каталога радиоспектров ОСН. Измерения
аспределений яркости и спектрального индекса по Крабовидной ту-
:анности. Моделирование эмиссионной способности оболочечных ОСН
сравнение расчетов с реальными распределениями их яркости. Анализ адиоизлучения обнаруженных компактных источников в ОСН с целью оиска возможных звездных ОСН.
2. Проведение многочастотных обзоров плоскости Галактики. Опред
еление природы протяженных объектов из полной выборки каталога
адиоисточников Калласа и Райха (далее KR-обзора) [26*] в области
торого галактического квадранта. Отождествление этих источников с
сточниками из других обзоров.
Проведение полного обзора (далее ZGT-обзора) плоскости Млечного ути в области 343 < I < 19, |Ь| < 5.5 с целью исследования извест-ых и поиска новых нетепловых источников галактической популяции, оставление их каталога.
-
Мониторинг быстрой (~ 1 дня) вспышечной переменности излу-ения пекулярных радиоисточников из выборки ГРРИ: исследование S433 и Cyg Х-3 в максимально широком диапазоне длин волн; исследо-ание переменного радиоизлучения "сверхсветовых" галактических ис-очников GRO J1655-40 и GRS 1915+105. Поиск переменного излучения т нетепловых источников галактического обзора и активных рентге-овских источников. Выявление общих характеристик и закономерно-тей вспышечного радиоизлучения ГРРИ.
-
Создание базы данных астрофизических каталогов CATS для про-едения всестороннего изучения и отождествления обнаруженных ис-очников ZGT-обзора.
Научная новизна и практическая ценность
Впервые доказано, что существующие границы оптического и радио-злучения Крабовидной туманности являются реальными границами статка СН 1054 г., что дает основание отнести ее к СН II типа с ма-:ым энерговыделением. Обнаружено, что спектральный индекс по это-ty ОСН не меняется, и нет никакого сколько-нибудь заметного синхро-
тронного радиоизлучения вне границ видимого в оптическом диапазої ОСН. Это обстоятельство сильно ограничивает возможность выхо! релятивистских частиц за оболочку Крабовидной туманности.
Впервые, на материале проведенных многочастотных наблюдет 120 ОСН и компиляции всех имеющихся данных построены точные спе тры всех известных ОСН.
Впервые в России выполнен галактический обзор в сплошном спе тре на высоких частотах, в области неба площадью 400 квадратнь градусов. Зарегистрированы почти все известные ОСН из каталога Гр: на [ 4*]. По результатам обзора составлен каталог дискретных ради источников. Большая часть протяженных источников является теп л выми НП-областями или газо-пылевыми комплексами.
В результате обзоров обнаружены новые оболочечные ОСН: G3.2—5 G4.7+1.3, G4.8H-6.2, G12.2-1.1, Gll.2-1.1, G16.0+2.7, G356.2+4.4, KR< (2214+598) и нетепловая оболочка вокруг GRO J1655—40.
Впервые в широком частотном диапазоне (от 0.96 до 11.2 ГГц) прі слежена вспышечная переменность SS433. На основе обнаруженных мониторинге 20 вспышек SS433 проведена оценка зависимостей максі мального потока вспышки, времени запаздывания максимума потої вспышки от частоты и временных зависимостей затухания вспышек.
Впервые со времени мощнейшей вспышки 1972 г. получен набля дательный материал по нескольким радиовспышкам Cyg Х-3 на шесі частотах одновременно. Впервые обнаружена значимая антикоррелящ между зарегистрированными радиовспышками Cyg Х-3 и уровнем ei рентгеновского потока в диапазоне 2-12 кэВ по данным RXTE [27* Обнаружено, что в кривых изменения плотности потока Cyg Х-3 прі сутствуют четыре оптически толстые вспышки длительностью 1-4 дг. и одна оптически тонкая мощная вспышка длительностью ~ 10 днеї Удалось установить важную закономерность: на всех частотах затух; ниє потока в начале вспышки 12 июня 1997 г. шло по экспоненциальном закону, затем закон затухания изменился на степенной. Обнаружено,ча характерное время затухания вспышки убывало с частотой по степеї ному закону.
Создана крупная общедоступная радиоастрономическая база данны CATS - инструмент для галактических и внегалактических исследов;
ній, основа для новых наблюдательных программ на радиотелескопе 3АТАН-600. Впервые в существующих базах данных CATS предоста-(ляет пользователям процедуру построения радиоспектров более 10000 >адиоисточников, в том числе и всех известных ОСН, в режиме on-line.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Результаты исследования галактических остатков сверхновых.
Результаты многочастотного обзора 120 известных ОСН в разных ібластях Галактики. Создание каталога радиоспектров 200 известных )СН. Построение атласа одномерных распределений яркости по иссле-юванным ОСН. Выявление пекулярных особенностей радиоизлучения гекоторых ОСН и связанных с ними компактных объектов [11, 25, 45].
Выявление отсутствия протяженной синхротронной радиооболочки :а границами Крабовидной туманности. Доказательство неизменности :пектрального индекса в пределах ее оптических размеров [8].
2. Результаты обзоров плоскости Галактики.
Обнаружение в трехчастотном ZGT-обзоре плоскости Галактики в ібласти ее центра семи новых оболочечных остатков сверхновых. Вы-[вление физической природы нескольких сот источников, обнаруженных і обзоре, на основе определения радиоспектров и отождествления с источниками из других каталогов [22, 32].
Результаты многочастотного обзора по поиску ОСН в полной выбор-:е протяженных источников неизвестной природы во втором галактиче-:ком квадранте. Выявление вероятного кандидата в ОСН - источника CR48 (2214+59) [12].
3. Результаты многочастотного мониторинга галактических радио-
гзлучающих рентгеновских источников и определение общих закономер-
гостей их вспышечной переменности, обусловленной релятивистскими
трудными выбросами из этих двойных систем.
Обнаружение временных и частотных закономерностей в перемен-гом радиоизлучении пекулярного объекта SS433 на основе двадцати ^регистрированных вспышек. Выявление степенных зависимостей за-газдывания максимума потока, вспышки и величины этого максимума >т частоты. Обнаружение существования продолжительной генерации >адиоизлучающих электронов в струйных выбросах SS433 [16, 23].
Определение спектральных закономерностей активности рентгено: ской двойной системы Cyg Х-3 в 80-дневной программе исследоваю на шести частотах. Обнаружение антикорреляции мягкого рентгено: ского и радиоизлучения во время радиовспышек и их корреляции в m слевспышечный период. Обнаружение перехода от экспоненциально] затухания вспышки 12 июня 1997 г. вследствие начального доминирі вания радиационных потерь к степенному затуханию, обусловленное адиабатическим расширением [42].
Исследование переменности "сверхсветовых" источников со струйнь ми выбросами, GROJ1655—40 и GRS 1915+105. Обнаружение часто': но-зависимого экспоненциального затухания мощной вспышки GR1 J1655—40, обусловленного радиационными потерями. Обнаружение пр< тяженной нетелловой оболочки вокруг GRO Л655—40.
4. Создание общедоступной базы данных астрофизических каталоге CATS для проведения галактических и внегалактических иселедованиі кросс-идентификации объектов и определения физической природы р; диоисточников в Галактике по их радиоспектрам [21, 41].
Апробация работы и публикации
Результаты исследований докладывались на Всесоюзных и Россиі ских радиоастрономических конференциях (1979, 1983, 1987, 1991, 199; 1997) [1, 2, 10, 13, 14, 18, 37, 41]. Результаты исследований ОСН и РАТАН-600 докладывались на рабочем совещании (Пущино, 1996) "Рп supernovae, supernovae and supernova remnants" [27]. Результаты иссл( доваиий SS433 и первые результаты галактического обзора докладь вались на международном симпозиуме MAC N145 (Сиан, КНР, 1993 Результаты галактического обзора докладывались на международно: симпозиуме MAC N165 (ГА MAC, Гаага, 1994) и симпозиуме МА< N179 (Балтимор, 1996). Результаты исследований SS433 докладывг лись на международном симпозиуме MAC N169 (ГА MAC, Гаага, 1994 Результаты создания базы данных CATS и ее астрофизические прь ложения докладывались на международных совещаниях ADBIS'96 ADBIS'97 [26, 43], ADASS'96 (США) [33] и на коллоквиуме MAC (СІ» 1996), [28, 29], конференции но наблюдательной космологии [36]. Резулі таты исследований неоднократно докладывались автором на конфереї циях САО. К новой форме представления принадлежат публикации
інтернете - авторские разработки в базе данных CATS и справочник аблюдателя на РАТАН-600 [34, 35]. По теме диссертации опубликовано 5 научных работ.
Личный вклад автора
Основная часть проведенных исследоваїшй, наблюдений, обработки : расчетов была выполнена автором. В публикации по мониторингу S433 в 1987 г. [23] автор выполнил все наблюдения на РАТАН-600 и братил внимание коллег на закономерное появление предвспышечных атуханий радиоизлучения SS433. В публикации по мониторингу SS433 і мае-июне 1994 года [23] автор провел часть обработки наблюдений го своим программам и подготовил текст публикации. В большом про-кте создания базы данных CATS автору принадлежит идея создания той базы данных как необходимого элемента наблюдательного провеса. Автором написаны и составлены документы по каталогам CATS, гекоторые электронные версии каталогов. Автором разработаны и вне-фены в базу данных графические процедуры построения спектров ра-цюисточников. В публикации [36] автор выступил как представитель юллектива CATS, и выполнил анализ состояния баз данных в мировой >адиоастровомии.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, іяти глав, заключения, списка цитируемой литературы из г^наиме-юваний и пяти приложений; содержит ЯШ страниц текста, в том числе ~L. рисунков, Й__ таблиц.