Излучение космических мазеров (на примере области звездообразования)

1. Результаты поиска и наблюдений минутных флуктуаций потока галактических источников мазерного излучения в линии водяного пара на длине волны 1.35 см по итогам наблюдательных сессий 2002-2010 гг. Самодуров В.А.1 , Толмачев А.М.1, Вольвач А.Е.2, Сипаров С.В.3, Субаев И.А.1, Ладейщиков Д.А.4, Рудницкий Г.М.5, Вольвач Л.Н.2, Логвиненко С.В.1 , Лехт Е.Е. 5, Пащенко М.И. 5 1Pushchino Radio Astronomy Observatory, Astrospace Centerof the Lebedev Institute of Physics 2Crimean Astrophysical Observatory, Ukraine 3Saint-Petersburg State University of Civil Aviation, 4Ural Univercity ,dep. Of Astronomy and Geodecia 5Sternberg Astronomical Institute of MSU, Russia

2. Излучение космических мазеров (на примере области звездообразования) Очаги мазерного излучения обычно находятся в газово-пылевом облаке около молодой звезды на типичных расстояниях от нескольких десятков а.е. до порядка 1000 а.е. Излучение генерируется в основном только в зонах наибольшего набега вдоль областей с одной и той же лучевой скоростью – это: А) на краях диска и в его центре Б) в плотных конденсациях вдоль джет

3. Известные на сегодня характерные времена переменности потоков мазерных источников в линии Н2О (1.35 см): 1) Многолетние циклы изменения потока – от 5 до 15 и более лет (из многолетнего мониторинга на РТ-22 в 1979 – 2008 гг. и цикла статей совместной группы ГАИШ-ПРАО). 2) Вспышечная активность на масштабах месяцев (известна практически с момента открытия мазеров Н2О в 1969 г.) 3) Изменения потоков спектральных деталей на масштабах дней – см., например, - Rowland, P. R.; Cohen, R. J., 1986MNRAS.220..233R : “Rapid variability of H2O masers in Cepheus A” (некоторые детали меняют поток в 2 раза за 2.4 дня). 4) Сверхбыстрая переменность (на масштабах порядка часа и менее), или “intraday variability” Впервые открыта для мегамазеров – IC10 – менял поток в 2 раза на протяжении часа (одна точка – 5 минут) – Argon, A. L.; Greenhill, L. J.; Moran, J. M. , 1994ApJ...422..586A : "The angular structure and intraday variability of a water vapor maser in IC 10"

4. Трудности обнаружения сверхбыстрой переменности (на масштабах порядка часа и менее): Ненадежность юстировки телескопов – диаграмма «плавает» до 1 под влиянием изменяющихся взаимных положений телескопа и солнца в ясную погоду. Сильная зависимость потока от высоты источника над горизонтом – не вполне совпадающая с теоретическими моделями ее учета! Источник на высоте 20 градусов больше по потоку примерно в 2 раза, чем на высоте 5-7 градусов. Сильная зависимость потока от погодных условий (поток может падать до 1.5 – 3 раз). Сложности со стабильной калибровкой (отсутствие ярких калибровочных источников и т.д., и т.п.) Существуют флуктуации всего источника на неоднородностях межзвездной плазмы. Характерное время полчаса – час. Но: также меняется весь спектр. Как результат – обычно даже на лучших телескопах дают точность калибровки в идеальных условиях порядка 5%. Мы предложили метод «самокалибровки» спектров – нормируем на общий поток, «плавающие» детали - выделяются

5. Остаются следующие источники переменности: • Существует линейная поляризация некоторых спектральных деталей – по литературным данным, до 20% Приводит к изменениям деталей на протяжении часов. Метод борьбы – снимать данные на отрезках с протяженным коридором неизменяющихся проекционных углов линейной поляризации и сравнивать данные нескольких дней подряд. • Двойственность некоторых источников (т.е. на самом деле есть не один источник, а рядом расположенные – ближе 2 , в то время как диаграмма нашего телескопа – 2.4). Требуется точная юстировка и отбраковка таких источников. • Переменность спектральных деталей

6. В 2002-2010 гг проверено 44 источника: синим – замечена переменность любого рода на масштабах часов, по-видимому, связанная с поляризацией деталей (4 источника), красным – обнаружена сверхбыстрая переменность вне влияния поляризации(7 источников) зеленым – подозрение на периодичность изменений (1-3 источника на подозрении)

7. В 2002-2010 гг проверено 44 источника: синим – замечена переменность любого рода на масштабах часов, по-видимому, связанная с поляризацией деталей (4 источника), красным – обнаружена сверхбыстрая переменность вне влияния поляризации (7 источников) зеленым – подозрение на периодичность изменений (1-3 источника на подозрении)

8. Предложено – использовать метод самокалибровки данных – определять лишь изменения относительных весов спектральных деталей относительно всего потока. Тем самым снимается большинство вышеупомянутых сложностей.

9. Примеры влияния поляризованности деталей спектра Источник W49N Источник Ori A 2002-04-28: 2009-02-02:

10. Источник W33B – есть переменность!

11. Аппаратурные трудности: источник W33B – есть переменность, данные от 28.04.06, но…

12. Источник W43M3 – есть переменностьв данных от 23-24.06.08, нет – 25-26.06.08 Наблюдения источника W43M3 два дня подряд в июне 2008 г., примерно в одно и то же звездное время. В первой серии заметен рост правой детали на несколько десятков процентов всего за 3.5 часа (причем сам переход осуществился примерно за час), при этом она сузилась. Вторая серия показала стабильность спектра – спектр на протяжении 2-х часов демонстрировал примерно ту же самую форму деталей, которая была достигнута сутки назад (хотя правая деталь стала еще посильнее и поуже).

13. Источник Cep A – переменностьв 24.06.08, нет – 25.06.08, есть – 25.06.08 (и 2.07.08)

14. А существует ли быстро-периодическая переменность на характерных временах порядка минут? Сипаров С.В.: да, должна существовать, поскольку в космических мазерах может реализовываться эффект – оптико-метрического параметрического резонанса (ОМПР) при воздействии гравитационных волн от удаленных объектов При определенных условиях излучение космического мазера может приобрести специфическую составляющую, обусловленную воздействием периодических гравитационных волн (ГВ), создаваемых тесной двойной системой или пульсаром. Эта специфическая составляющая сигнала представляет собой периодическое изменение интенсивности монохроматического сигнала мазера на определенной частоте с удвоенной частотой ГВ, пропорциональное следующему выражению (1) Здесь α1 = μE/– частота (параметр) Раби, характеризующая интенсивность излучения (μ – дипольный момент, – постоянная Планка, Е – напряженность электрического поля радиосигнала), D– частота гравитационной волны, действующей на космический мазер, ε – малая величина, характеризующая силу поля мазера, ε = γ/α1, где γ – постоянная распада перехода (для Н2О-мазера γ ~ 10-10Гц). Как видно из (1), искомый сигнал не зависит от амплитуды ГВ, что характерно для резонансных эффектов • GW-source это: • Тесная двойная – да • (пульсар) - нет

15. Источник Cep A – есть (?) периодичная переменность(период 20-25 мин) в сериях от 24.06.08, и от 2.07.2008, но она не замечена в других сессиях…

16. Источник RT Vir – есть (?) периодичная переменность(период 2 … 5 минут) в сессиях от 23, 24 .04.2009, и 25.06.2009 гг 2009-04-24 2009-04-23 2009-06-25 Для RT Vir (RaJ 13:00:06.1, DecJ +05º27’14”), находящегося на расстоянии 120 пс- существует подходящий кандидат ГВ – сверхтесная двойная RXJ0806.3+1527 с периодом 5,3 мин (на расстоянии 100 пс)…

17. Источник RT Vir – есть (?) периодичная переменность(период 2 … 3минуты) в сессии от 29 января 2010 гг 2 2010-01-29 1 3 4 1 2 3 2009-04-23 Для RT Vir (RaJ 13:00:06.1, DecJ +05º27’14”), находящегося на расстоянии 120 пс- существует подходящий кандидат ГВ – сверхтесная двойная RXJ0806.3+1527 с периодом 5,3 мин (на расстоянии 100 пс)… 4

18. Источник RT Vir – есть (?) периодичная переменность(период 2 … 3минуты) в сессии от 19 августа 2010 гг 1 2010-08-19 3 2 3 2 1 2009-04-23

19. Основные наблюдательные результаты на текущий момент: Наблюдалось более 40 источников с экспозициями 1 сек – 12 мин с числом сканов для каждого не менее 10. Источники отбирались по критерию (максимальный поток в линии)  ~50 Ян. В 2009 г. применена новая схема наблюдений – экспозиции доведены до 1 секунды. 1) Надежно обнаружены быстрые флуктуации спектров для 10 мазерных источников на масштабах в десятки минут и минуты (для источников Ori A, W3 (OH), W3(2), GGD4, IRAS 16293-2422, W33B, W43M3, W49N, W75N, Cep A). Часть из них связана с линейной поляризованностью спектра (Ori A, W3 (OH), W3(2), W49N). 2) Другой тип переменности связан с быстрыми движениями мазерных конденсаций космических мазеров (список таких источников расширен нами до семи: GGD4, IRAS 16293-2422, W33B, W43M3, W49N, W75N, Cep A) Для указанных источников в отдельных сериях наблюдений обнаруживается переменность в десятки процентов на характерных временах 5 – 30 минут.Это явно указывает на существование компактных деталей в десятые доли а.е. (вплоть до сотых долей). 3) Метод в качестве побочного результата дает возможность оценить величину линейной поляризации деталей спектра и из сравнительного корреляционного анализа поведения деталей – их пространственную взаимосвязь. 4) Отлажена методика поиска периодической составляющей быстрой переменности. В 2008-2010 году были получены некоторые интересные результаты с признаками подобных периодических флуктуаций для некоторых наблюдательных сессий у источников Cep A и RT Vir . Однако данные результаты требуют тщательной дополнительной проверки.

20. Резюме доклада. Была разработана методика наблюдений космических мазеров для обнаружения сверхбыстрых флуктуаций потока (на масштабах от нескольких минут до часа), с 2002 по 2008 гг. проведено несколько серий наблюдений около 40 мазерных источников. Среди них выделены несколько, которые показали такую переменность. Исследованы причины этой переменности, наиболее интересная из которых - внутренние процессы в самих источниках, идущих в областях с характерным масштабом порядка 0.1 а.е. Удалось обнаружить наличие такого рода переменности как минимум в 4-х источниках - W49N, Cep A, W43M3 , W33B. При этом источники в отдельных сериях наблюдений демонстрируют переменность в десятки процентов на масштабах 5-30 минут. Возможные причины быстрой переменности спектральных деталей: • Внутренние изменения внутри пятен-конденсаций излучения. • Быстрые изменения общего потока при проекционном наложении движущихся конденсаций на луч зрения наблюдателя. • Явления конкуренции за накачку излучения близко расположенных мазерных конденсаций. • Вихревые явления в космических мазерах. • Наблюдательные данные пока позволяют предполагать, что в отдельных наблюдательных сессиях некоторых источников действительно прослеживаются периодические изменения. Возможная их трактовка - результат влияния гравитационных волн от удаленных объектов (тесные двойные звезды) на генерацию мазерного излучения. Далее – анимационные примеры данных.