Ядерно-физические приборы (7 сем) / КручининПА_Лаб6_отчет

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»

Институт Космофизики НИЯУ МИФИ

Кафедра «Экспериментальной ядерной физики и космофизики»

Отчет по лабораторной работе на тему:

«Селекция кандидатов в далёкие радиогалактики»

Выполнил

Студент группы Б19-104

Кручинин Павел Алексеевич

Проверил преподаватель

Майоров Андрей Георгиевич

Москва - 2022 г.

Цель работы: Ознакомление с процессом селекции далёких радиогалактик, их идентификация в наблюдательных радио каталогах (обзорах), восстановление радиоспектров и отождествление с объектами цифровых обзоров неба в других диапазонах длин волн. В процессе выполнения работы происходит знакомство с современными базами и системами обработки астрономических данных.

Введение

Вселенная заполнена радиоизлучением, которое можно зарегистрировать в любом направлении от Земли. В нём можно выделить как фоновое излучение (реликтовое излучение, внегалактическое диффузное излучение), так и конкретные источники (галактики, звёзды, Юпитер и наше Солнце). В этом диапазоне длин волн излучает и наша Галактика за счёт остатков сверхновых и диффузного космического излучения.

Объекты, не отличимые при наблюдении от источника бесконечно малого размера, можно назвать точечными. К точечным источникам можно отнести и галактики или другие объекты, структуру которых нельзя различить. Если угловое разрешение прибора позволяет увидеть, к примеру, двойственность объекта или же измерить интенсивность излучения, то такой объект можно назвать дискретным.

Галактики, видимые в радиодиапазоне, в которых радиоизлучение сравнимо с оптическим или превосходит его, называют радиогалактиками. Мощность радиоизлучения таких объектов достигает 10⁴⁸ (для сравнения мощность видимых галактик в радиодиапазоне порядка 10³⁷ ÷ 10³⁸ ).

Основным способом получения информации об истории Вселенной является изучение реликтового излучения, точнее углового спектра мощности и флуктуации температуры, позволяющие понять формирование крупномасштабной структуры и вычислить различные космологические параметры, такие как: постоянную Хаббла, плотность барионов во Вселенной, возраст и соотношение её составляющих (материи и энергии). Распределение количества радиоисточников во Вселенной, в свою очередь, представляет собой один из способов проверки жизнеспособности космологических моделей.

При рассмотрении структуры радиогалактик можно выделить следующие компоненты (Рис. 1):

1) Ядро (core) – центральная часть радиогалактики, в которой находится релятивистский объект предположительно в виде чёрной дыры.

2) Протяжённые структуры (radio lobes) – протяжённые области радиоизлучения. Зачастую расположены симметрично и имеют Z- или S-образную форму, свидетельствующую о вращении релятивистского объекта в центре радиогалактики. Иногда они содержат области, называемыми горячими пятнами.

3) Джеты (jets) – тонкие вытянутые структуры, исходящие из ядра. Можно сказать, что джеты возникают в следствии движения космических лучей в магнитных полях вдоль луча, переносящего энергию от ядра к протяжённым областям.

4) Горячие пятна (hot spots) – максимумы интенсивностей, расположенные в пределах протяжённых структур. Это места, где джет разогревает окружающую среду и формирует ударную волну.

Радиогалактики можно классифицировать по непрерывному спектру и по морфологическому типу.

Одной из характеристик радиогалактики является спектральный индекс α – показатель степени зависимости спектральной плотности потока от частоты:

𝑆 ~ ν^α

В зависимости от спектрального индекса спектр радиогалактики может быть:

• α > 0 – инвертированный;

• -0.5 < α < 0 – плоский;

• α < -0.5 – крутой;

• α < -1.0 – ультракрутой.

По морфологическим признакам радиогалактики можно разделить на два основных типа: Фонарёва-Райли I типа (FR I) и Фонарёва-Райли II типа (FR II). Джеты радиогалактик класса FR II в основном гладкие и заканчиваются горячими пятнами в хорошо выделенных протяженных компонентах. В то же время в галактиках FR I радиоструктуры часто искажены и перьеобразны. Яркие представители таких галактик приведены на рисунках 1 и 2.

Рис. 1 Галактика Cygnus A типа FR II Обозначение на изображении: Hot spot – горячие точки, Counter Jet – джет, Core – ядро, Lobe – протяжённые структуры.

Рис. 6.4. Галактика 3C23 типа FR I.

Особенностью большинства галактик типа FR II является их высокая яркость и большое красное смещение. Зачастую их можно отождествить с гигантскими эллиптическими галактиками. Их яркость и возможности современных телескопов позволяют рассматривать их как дискретные источники, выделяя их отдельные структуры. Поэтому для галактик типа FR II, зная угловое расстояние между горячими точками, можно определить расстояние до них, а необходимые для этого величины содержатся в уже существующих обзорах.

Важной частью исследования радиогалактик является поиск далёких радиогалактик (ДРГ) современными методами. Такие галактики с большим значением z наблюдаются практически в эпоху их формирования, что даёт сведения для изучения формирования галактик и их скоплений в целом.

Выполнение работы

Для поиска далеких радиогалактик применялись следующие критерии отбора:

1) Спектральный индекс α < -1, т.к. далекие объекты часто имеют крутые радиоспектры.

2) Плотность потоков от 10 до 100 мЯн, т.к. в данном диапазоне велика вероятность нахождения далеких объектов.

3) Отбор двойных радиоисточников (радиогалактик), имеющих структуру типа FRII. Их яркость и возможности современных телескопов позволяют рассматривать их как дискретные источники, выделяя их отдельные структуры. Поэтому для галактик типа FR II, зная угловое расстояние между горячими точками, можно определить расстояние до них.

Поиск далеких радиогалактик производился в области небесной сферы с небесным восхождением RA = 10 11^h и склонением Dec = 30 33^о . Далее с помощью базы данных Специальной астрофизической обсерватории РАН CATS отобрано 3459 радиоисточников.

Для определения спектрального индекса были построены радиоспектры и отобраны те, у которых α < -1. Примеры таких спектров показаны на рис.3.

a)

б)

в)

Рис.3 Примеры радиоспектров источников со спектральным индексом

Далее производилось определение типа галактик после визуализации объектов по наблюдениям радиотелескопа VLA в обзоре FIRST и отбирались радиогалактики, имеющие структуру типа FRII (рис.4).

а) б)

в) г)

д) е)

Рис.4 Визуализация источников в радиодиапазоне: а) J100407.4+312920; б) J101505.0+312618; в)J103513.3+305259; г) J103812.4+305028; д) J104738.6+311207; е) J105306.5+312548

Определены угловые размеры отобранных радиогалактик:

а) ( г)

б) д)

в) е) (

а) б)

в) г)

д) е)

Рис.5 Визуализация источников в оптическом диапазоне (DSS2): а) J100407.4+312920; б)J101505.0+312618; в)J103513.3+305259; г) J103812.4+305028; д) J104738.6+311207; е) J105306.5+312548

Анализируя рис. 5, можно заключить, что ни одну радиогалактику отождествить в оптическом диапазоне не удалось.

Заключение

В лабораторной работе было проведено ознакомление с процессом селекции далёких радиогалактик, их идентификация в наблюдательных радио (FIRST) и оптических (DSS) каталогах. Для поиска далеких радиогалактик рассматривалась часть небесной сферы с небесным восхождением RA = 10 11^h и склонением Dec = 30 33^о. С помощью Специальной астрофизической обсерватории РАН CATS были получены данные о 3459 радиоисточников. Построены спектры и отобраны источники со спектральным индексом α < -1. Произведена идентификация объектов по признакам радиогалактик FRII типа. Для таких радиогалактик был получен их угловой размер. В программе SkyView получены изображения области небесной сферы, где находятся радиоисточники. Отобранные галактики в оптическом диапазоне не различимы.