научная статья по теме ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УЛЬТРАКОМПАКТНЫХ РАДИОИСТОЧНИКОВ В КОСМОЛОГИЧЕСКОМ ТЕСТЕ “УГЛОВОЙ РАЗМЕР–КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ” Астрономия

Текст научной статьи на тему «ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УЛЬТРАКОМПАКТНЫХ РАДИОИСТОЧНИКОВ В КОСМОЛОГИЧЕСКОМ ТЕСТЕ “УГЛОВОЙ РАЗМЕР–КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ”»

АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2011, том 88, № 4, с. 323-332

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УЛЬТРАКОМПАКТНЫХ РАДИОИСТОЧНИКОВ

В КОСМОЛОГИЧЕСКОМ ТЕСТЕ "УГЛОВОЙ РАЗМЕР-КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ"

© 2011 г. И. Н. Пащенко1, В. М. Витрищак2

1Астрокосмический центр Учреждения Российской академии наук Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, Москва, Россия

2Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия Поступила в редакцию 15.09.2010 г.; принята в печать 22.10.2010 г.

С использованием выборки радиоисточников, которые наблюдаются на радиоинтерферометрах со сверхдлинной базой (РСДБ), а также стандартной космологической модели показано, что ядра радиоисточников (ультракомпактные радиоисточники), наблюдаемые на наземных РСДБ-сетях с разрешением порядка нескольких мсек. дуги, по-видимому, не могут быть использованы в качестве "стандартных линеек" в космологическом тесте "угловой размер—красное смещение", по крайней мере, для наземных баз. Это является следствием недостаточного разрешения наземных РСДБ-сетей и селекции в ограниченных по потоку используемых выборках радиоисточников. В таком случае корреляция "светимость— линейный размер", обнаруживаемая многими авторами для РСДБ-выборок радиоисточников, в противоположность похожей корреляции для радиогалактик и квазаров на угловых масштабах порядка нескольких секунд дуги, имеет инструментальную природу.

Одной из важнейших задач наблюдательной космологии является задача поиска "стандартной свечи" или "стандартной линейки" — наличие астрофизических объектов с известными величинами светимости или линейного размера или поиск величин с известной эволюционной историей для оценок расстояний, не прибегая к данным по красным смещениям. Например, зависимость от красного смещения наблюдаемого потока или углового размера для подобных объектов позволила бы уточнить важнейшие космологические параметры. В частности, построение первой зависимости (хаб-бловской диаграммы) для сверхновых типа 1а впервые предоставило прямые свидетельства в пользу ускоренного расширения Вселенной [1].

Космологический тест "угловой размер—красное смещение" ("в — г") как возможный способ выбора космологической модели был предложен более 50 лет назад Фредом Хойлом [2]. В этом тесте характерной ожидаемой особенностью для космологических моделей с достаточной средней плотностью материи Ом практически является независимость углового размера "стандартной линейки" от красного смещения г в некотором его диапазоне. Конкретная величина диапазона зависит от параметров космологической модели.

Так, для модели с критической плотностью материи Ом

1 ожидается минимальное значение в при г

1, сопровождающееся последующим увеличением углового размера с красным смещением. В современной стандартной модели с Ом = 0.3 и Ол = 0.7 этот минимум не так ярко выражен.

Особенно привлекательным оказалось использование (в — г)-теста в радиодиапазоне. Мощные радиогалактики и радиогромкие квазары, видимые на космологических расстояних на масштабах угловых секунд-минут дуги, обладают противоположно направленными, уярчающимися к краю выбросами, которые заканчиваются в компактных ярких образованиях — "горячих пятнах". Расстояние между этими деталями и послужило первым вариантом стандартной линейки в радиодиапазоне. Оказалось, что зависимость соответствующего углового размера от красного смещения является "евклидовой" (т.е. угловой размер в

1/г, где г — красное смещение), что противоречит предсказаниям модели Фридмана—Леметра— Робертсона—Уолкера [3—5]. Авторы работ [6, 7] показали, что подобная зависимость может быть следствием эффектов эволюции радиоисточника, а именно, корреляции "светимость Р — линейный размер I". Более яркие радиоисточники, наблюдаемые на больших красных смещениях в ограниченной по потоку выборке, имеют меньшие ли-

нейные размеры. Это и приводит к более быстрому падению углового размера с ростом красного смещения по сравнению с предсказаниями стандартной космологической модели. Авторы [8] назвали этот эффект "вырождением молодость-красное смещение" ("youth-redshift degeneracy") и связали меньшие линейные размеры более мощных радиоисточников с нахождением их в ранней стадии их эволюции.

Компактные радиоисточники, наблюдаемые на РСДБ, свободны от подобных эффектов [9]. Во-первых, их времена жизни составляют порядка нескольких лет (а не десятков миллионов лет в случае протяженных радиокомпонент на угловых масштабах в несколько секунд дуги). Это гарантирует отсутствие космологической эволюции их линейных размеров1. Во-вторых, свойства "центральных машин" радиогромких активных ядер галактик (АЯГ), скорее всего, лежат в достаточно узких пределах [10]. Кроме того, масштабы в несколько миллисекунд дуги на космологических расстояниях соответствуют парсекам, т.е. рассматриваемые источники лежат в ядре родительской галактики радиогромкого АЯГ. Таким образом, свойства радиоструктуры не зависят от свойств межгалактической среды, среды родительского скопления или группы, которые, как известно, эволюционируют с красным смещением [11]. Наконец, в ограниченные по потоку РСДБ-выборки попадают радиоисточники с узким диапазоном углов выброса к лучу зрения (вблизи угла в

где 7 — лоренц-фактор

объемного движения вещества выброса) [12]. Это минимизирует влияние эффектов проекции.

Таким образом, на первый взгляд, использование компактных (наблюдаемых на РСДБ-масштабах) радиоисточников, а также их ядер2 (в сложившейся терминологии — ультракомпактных радиоисточников) в космологическом тесте "угловой размер—красное смещение" кажется достаточно обоснованным. Например, в работе [13] утверждается о том, что ультракомпактные радиоисточники могут рассматриваться как космологические стандартные линейки. Однако, как показано в настоящей работе, некоторые инструментальные эффекты, связанные, прежде всего, с конечным разрешением наземных РСДБ-наблюдений, могут приводить к неверным интерпретациям теста и индуцировать корреляции между наблюдаемыми

1 Однако полностью не исключена и космологическая эволюция свойств "центральных машин", формирующих выбросы.

2 Под "РСДБ-ядром" принято понимать основание

РСДБ-выброса — обычно самую яркую деталь на РСДБ-изображении радиоисточника, имеющую плоский спектр.

параметрами радиоисточников, не связанные с их физическими свойствами.

План работы следующий. В разделе 2 кратко представлены результаты использования наблюдаемых на РСДБ-сетях компактных и ультракомпактных радиоисточников в космологическом тесте "угловой размер—красное смещение", выводы из них и возникающие вопросы. Следует отметить, что нас будет интересовать не собственно оценка космологических параметров, а выбор некоторой наблюдаемой величины, претендующей на роль стандартных линеек. В разделе 3 мы используем РСДБ-выборку ^200 радиоисточников, наблюдавшихся на VLBA на частоте 15 ГГц [14] для проведения рассматриваемого космологического теста. Показывается, что использование в качестве "характерного размера" 9char наблюдаемого углового размера РСДБ-ядра радиоисточника, полученного в результате моделирования функции видности или распределения полной интенсивности гауссианнами (или использование величины компактности3 ), может индуцировать наблюдаемую корреляцию "светимость—линейный размер". Это связанно прежде всего с неразрешенностью ядерной области радиоисточника. Так же рассмотрена выборка ^300 радиоисточников из работы [15], в которой использована компактность для определения характерного углового размера dchar и в которой тоже наблюдается подобный эффект. Наконец, в разделе 4 представлены основные выводы. В Приложении на простом примере показано, что, вопреки часто встречающейся точке зрения, частотный сдвиг спектра радиоисточника в связи с релятивистским объемным движением вещества выброса может сверхкомпенсировать частотный сдвиг, возникающий в результате космологического красного смещения объекта.

Везде, кроме специально оговоренных случаев, в этой работе использована космологическая модель со следующими параметрами: H0 = = 71 км с"1 Мпк"1, Пм = 0.27, Пл = 0.73.

2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПАКТНЫХ РАДИОИСТОЧНИКОВ В КОСМОЛОГИЧЕСКОМ ТЕСТЕ "УГЛОВОЙ РАЗМЕР-КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ"

Одной из проблем, с которой приходится сталкиваться при использовании компактных радиоисточников в тесте "угловой размер-красное смещение", является выбор наблюдаемой характерной величины 6char, которая может отражать угловой размер объекта. Такой угловой масштаб

Для радиоисточника, доминированного излучением ядра, это эквивалентно использованию гауссиан при моделировании.

должен соответствовать какому-либо физическому размеру, в целом характеризующему источник и не зависящему от конкретных деталей распределения яркости. Ниже приводится краткое описание основных работ, посвященных использованию компактных радиоисточников в космологическом тесте "угловой размер—красное смещение", а также выбранный авторами характерный угловой размер. Следует отметить, что мы не ставим целью перечисление и описание всех работ в этой области. Нас интересует исключительно выбор авторами характерного размера 9char.

Впервые компактные радиоисточники были использованы в тесте "угловой размер—красное смещение" в работе [9]. Автор использовал скомпилированную выборку из 82 радиоисточников, для которых были доступны РСДБ-изображения с угловым разрешением примерно 1.5 мсек. дуги

и динамическим диапазоном , по крайней мере, 100 : 1. Еще одним критерием выборки являлся нижний предел светимости на частоте 5 ГГц P5 ггц = 1024 Вт/Гц. Автор отмечает, что эта величина является граничной для радиотихих и ра-

диогромких квазаров , а также примерно соответствует значению, разделяющему радиогалактики Fanaroff— Riley типа I и II различной морфологии [17] и соответствующему излому в функции радиосветимости. Автор также исключил из анализа объекты типа BL Lacertae (BL Lac) и компактные объекты с крутым спектром (CSS — Compact Steep Spectrum), для которых, как он утверждает, существенны эффекты проекции.

В качестве характерного углового размер

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Пoхожие научные работы по теме «Астрономия»

ВИТРИЩАК В.М., ГАБУЗДА Д.К. — 2007 г.

ВИТРИЩАК В.М., ПАЩЕНКО И.Н. — 2010 г.

ВИТРИЩАК В.М., КОЛОМ П., ПАЩЕНКО М.И., РУДНИЦКИЙ Г.М., СЛЫШ В.И. — 2010 г.