|
GPS-галактики и квазары (Gigahertz Peaked-Spectrum)
- источники мощного радиоизлучения, имеющие выпуклую форму радиоспектра.
Максимум спектра приходится на диапазон от 0.5 до нескольких десятков ГГц
(в системе отсчета наблюдателя).
GPS-объекты характеризуются малыми размерами (менее 1 kpc) и низкой
амплитудой переменности.
Из-за малых угловых размеров даже в наблюдениях на радиоинтерферометрах
со сверхдлинными базами структура таких источников разрешается частично
(рис. 1).
Рис. 1. Слева: спектр синхротронного излучения, генерируемый релятивистскими
электронами (при S ~ 
 , где
- частота,
- спектральный индекс);
справа: пример классического GPS источника - галактика 1408+28.
Большинство представлений о GPS-объектах получены статистически.
Часто выборки включают квазары, временно имеющие радиоспектр
с максимумом (далее FSRQ - Flat Spectrum Radio Quasars).
На полученные к настоящему времени выводы влияют эффекты селекции
из-за естественных ограничений на расширение одновременно и выборок,
и частотного интервала. Исследование природы GPS-источников осложняется
тем, что не существует однородных выборок, полученных в широком
частотном диапазоне и позволяющих определить истинные их свойства.
GPS-галактики обнаруживаются чаще на малых красных смещениях
(0.1  z
1), и они менее переменны,
чем GPS-квазары (рис. 2).
Кроме того, они имеют пики на меньших частотах и
чаще имеют симметричную структуру, по данным наблюдений на VLBI.
Квазары этого типа обычно имеют сложную структуру или структуру типа
ядро-джет (C. Stanghellini, D. Dallacasa, Ch. P. O'Dea, et al.,
Astronom. and Astrophys. 377, 377, 2001).
Рис. 2. Соотношение "красное смещение - частота пика - ширина радиоспектра"
(z - intrinsic -
FWHM)
для всех объектов выборки, имеющих спектральный максимум в радиодиапазоне.
Частота пика представлена в системе отсчета источника.
Большая часть радиоисточников с узкими спектрами
(FWHM 1.1)
локализована в областях красных смещений z < 1 и z > 3.
Такое соотношение отражает распределение компактных объектов с относительно
однородным синхротронным излучением. Так как в соотношение включены все
объекты (467), то оно содержит и объекты в момент активности, когда
излучение компактных ядерных областей доминирует, при этом форма радиоспектра
становится временно выпуклой.
В настоящее время более распространена модель, связывающая малые
линейные размеры GPS-галактик с молодым возрастом.
Подразумевается, что они являются предшественниками протяженных радиоисточников.
Это подтверждается кинематическими и спектральными исследованиями, которые
указывают на возраст объектов порядка 103-105 лет.
По другому сценарию малые линейные размеры GPS-галактик объясняются наличием
плотной окружающей среды: такие источники не молоды, но остаются
малыми по размеру из-за внешнего давления,препятствующего их расширению.
Малые линейные размеры GPS-квазаров иногда объясняются эффектами
проекции (C. Stanghellini, Publ. Astronom. Soc. Australia 20, 118, 2003).
В последние годы широко используются результаты одновременных измерений
во многих диапазонах электромагнитного спектра.
В результате появляются новые методы и подходы к исследованиям AGN
(активные ядра галактик).
Bai и Lee (J. M. Bai and M. G. Lee, Jr. Korean Astron. Soc. 38, 125, 2005)
на основе рентгеновских измерений предположили, что GPS-квазары - это
блазары, окруженные плотной газопылевой средой.
Поэтому, несмотря на близкое по лучу зрения расположение джета, мы
не наблюдаем для них свойств блазаров (плоский радиоспектр, переменное
радиоизлучение до десятков процентов).
Природа GPS-квазаров до конца непонятна. Большинство выводов и предположений,
как правило, были основаны на малых выборках, на подробных исследованиях
нескольких объектов или на выборках, содержащих смешанные
типы объектов из-за ошибочной классификации.
При исследованиях GPS-объектов обычно анализируются следующие параметры
их радиоспектров:
- частота пика в системе отсчета наблюдателя
(obs) или источника
(intrinsic);
- спектральные индексы ниже
(below) и выше
(above) частоты
пика, характеризующие оптически толстую и тонкую области излучения;
- ширина спектра FWHM на уровне половины мощности излучения, выраженная
в декадах частоты.
Иногда для объектов GPS вводят ограничения на частоту пика:
0.5
obs
10 ГГц.
Объекты с частотами пика меньше 0.5 и больше 10 ГГц относятся к классам
CSS (Compact Steep Spectrum) и HFP (High-Frequency Peakers)
соответственно.
Часто используется понятие "классического" или "канонического" спектра
GPS-объекта (W. H. de Vries, P. D. Barthel, and Ch. P. O'Dea,
Astronom. and Astrophys. 321, 105, 1997).
К этим спектрам относят такие, у которых форма наиболее приближена
к теоретической, соответствующей синхротронному излучению однородного
объекта с самопоглощением на низких частотах.
Например, в приведенной выше работе "каноническим" спектром GPS является радиоспектр
со значениями below
и above +0.5 и
-0.7 соответственно. Ширина спектра FWHM
1.2 рассматривается
как один из параметров "классического" GPS в работе
(Ch. P. O'Dea, S. A. Baum, and C. Stanghellini,
Astrophys. J. 380, 66, 1991).
Обнаружены различия спектральных свойств GPS-галактик и квазаров.
Объединяет их достаточно простая форма радиоспектра.
В отличие от других внегалактических компактных радиоисточников
они не имеют близкого к нулю спектрального индекса, а отличаются
крутыми спектрами на частотах ниже и выше максимума.
Обнаружено, что у галактик и квазаров GPS значения
above и
FWHM различаются.
Этот результат подтвердил полученные средние значения спектральных
параметров при мониторинге ограниченного списка GPS-источников на
РАТАН-600.
В период с 2006 по 2011 годы на радиотелескопе РАТАН-600 проводился
систематический мониторинг 122 GPS-кандидатов. Были получены
широкодиапазонные (на частотах 1.1, 2.3, 4.8, 7.7, 11.2 и 21.7 ГГц)
мгновенные радиоспектры и некоторые предварительные результаты.
Обнаружено, что только 25% объектов выборки обладают свойствами
"классического" GPS.
Высокочастотные спектральные индексы и ширины радиоспектров статистически
различаются для GPS-галактик и квазаров
(M. G. Mingaliev, Yu. V. Sotnikova, I. Torniainen, et
al., Astronom. and Astrophys. 544, A25, 2012).
В результате для источников получены значения плотностей потоков на несколько
наблюдательных эпох и мгновенные (до нескольких минут) радиоспектры
(см. Таблицу 1).
Для дальнейших исследований и сравнения с результатами, полученными нами
в период 2006 - 2011 гг., выборка GPS-объектов была расширена.
Для этого были отобраны GPS-кандидаты из полной по плотности потока выборки
(S
 200 мЯн
на частоте 4.8 (или 5) ГГц) с использованием базы данных CATS.
Общее число объектов выборки - около 5000. В качестве GPS-кандидатов
из нее были отобраны объекты с выпуклыми радиоспектрами - 467 кандидатов.
Для GPS-кандидатов, наблюдавшихся на РАТАН-600 в период 2006-2011 гг.
и попавших в эту выборку, спектральные параметры взяты из работы
(M. G. Mingaliev, Yu. V. Sotnikova, I. Torniainen, et
al., Astronom. and Astrophys. 544, A25, 2012).
В настоящей работе представлены результаты комплексного исследования
выборки кандидатов в GPS, которая включает яркие объекты Северного
и Южного неба.
Комплексное исследование объектов привело к следующим выводам:
из 467 объектов с максимумом в спектре выбрано 112 GPS-кандидатов.
Это составляет примерно 2% от полной выборки с плотностью потока
S
200 мЯн на частоте 4.8/5 ГГц.
Из выбранных GPS-кандидатов только 45 объектов строго соответствуют
классическим GPS. Это составляет приблизительно 1%, что значительно меньше
чем ожидалось: принято считать, что GPS-объекты составляют примерно десятую
часть от ярких (в сантиметровом диапазоне) внегалактических источников.
В результате исследования параметров радиоспектров выявлено, что GPS-галактики
имеют наиболее узкие спектры и большие высокочастотные спектральные индексы,
чем квазары. Наблюдается увеличение низкочастотного спектрального
индекса с ростом красного смещения z, причем для
галактик и квазаров его значения сравнимы.
Численность GPS-галактик выборки резко падает с увеличением красного
смещения, начиная с z = 1. Галактики и квазары при одинаковом z
имеют угловые размеры одного порядка, при этом их светимости могут на порядок
отличаться. Наблюдается дефицит объектов на больших красных смещениях
с низкими частотами пика (несколько ГГц).
Возможно, на больших z отсутствуют объекты с крупными компонентами
синхротронного самопоглощения. Различные косвенные оценки подтверждают
наличие вещества с высокой плотностью излучающих частиц в околоядерных
областях GPS-объектов.
Настоящее исследование поставило ряд конкретных задач, которые
требуют отдельного исследования GPS-галактик и квазаров (изучение
физических условий в околоядерных областях , темпов аккреции и пр.), а
также моделирования механизмов синхротронного излучения однородных
объектов при заданных спектральных параметрах , полученных в этой работе.
|
