Российские и немецкие астрофизики подтвердили возможности «Радиоастрона»
Рисунок заимствован из цитированной статьи. Цветом показан уровень интенсивности, штрихами - направление электрического вектора линейной поляризации. Наиболее яркая область является видимым началом релятивистской струи и расположена вблизи центральной сверхмассивной черной дыры далекого исследованного квазара
Отчетом об исследовании, представленном для публикации в международном научном журнале Astronomy & Astrophysics, российские астрофизики и их немецкие коллеги полностью подтвердили возможности самого масштабного астрономического прибора в мире. «Чем эта работа интересна - она знаменует собой успешное начало исследования интерферометром «Радиоастрон» поляризации излучения космических объектов», - пояснил в интервью STRF один из авторов работы, руководитель научной программы проекта «Радиоастрон», доктор физико-математических наук Юрий Юрьевич Ковалев.
Излучение и его поляризация
Чтобы понять, о чем идет речь, вспомним школьный курс физики. Еще с тех времен мы помним, что электромагнитное излучение, в том числе радиоизлучение, - это волна. Векторы ее электрического и магнитного поля колеблются случайным образом, перпендикулярно направлению распространения волны. А вот у полностью поляризованной волны эти колебания происходят лишь в определенных направлениях - вертикальном или горизонтальном, или вращаясь по кругу.
Солнечный свет неполяризован и колеблется хаотически во всех направлениях. Но он обретает поляризацию, отражаясь от предметов и даже просто рассеиваясь в атмосфере. Стекло современных солнцезащитных очков представляет собой поляризационный фильтр, пропускающий лишь свет определенной поляризации. Отсекая остальные, они ослабляют яркость освещения для нашего глаза.
Человеческое зрение «слепо» к направлению поляризации, но вот некоторые другие животные - например, пчелы - различают ее наряду с цветом (длиной волны) излучения или его яркостью. Это создает еще одно дополнительное «измерение» в том потоке зрительной информации, которую они получают о мире. То же касается и астрономических наблюдений: измерение поляризации излучения от космического объекта дает еще один канал информации о его физических свойствах.
- Приведем пару примеров, - говорит Юрий Ковалев. - Далекие активные галактики испускают так называемое синхротронное излучение. (Синхротронным называется излучение заряженных частиц, движущихся с околосветовыми скоростями, по траекториям, искривленным внешним магнитным полем - Ред.) Зная направление его линейной поляризации, мы можем сделать выводы о направлениях магнитного поля в объекте. Иначе говоря, информация о направлении линейной поляризации излучения активных галактик - это единственный известный нам способ изучить структуру их магнитного поля. А ведь магнитные поля этих активных объектов - едва ли не важнейший аспект всего происходящего в них и с ними.
- Другой пример связан с таким эффектом, как Фарадеевское вращение, - добавляет Юрий Ковалев, - иначе говоря, с поворотом плоскости линейной поляризации излучения при его прохождении сквозь плазму. Наблюдение этого вращения позволяет - в дополнение к информации о направлении магнитного поля - узнать и его величину.
Галактики их ядра
По современным представлениям, ядро любой крупной галактики - место весьма неспокойное, и наш Млечный Путь здесь не исключение. Черная дыра, расположенная в их центре, может достигать массы в миллионы и миллиарды масс Солнца. Активно притягивая и поглощая всю окружающую материю, она приводит к развитию целого ряда сложных и высокоэнергетических процессов.
Такие сверхмассивные черные дыры окружены вращающимся аккреционным диском из пыли и газа. Считается, что около 10% вещества, падающего на черную дыру из диска, перерабатывается и выбрасывается наружу в виде мощных и узких релятивистских струй (джетов) очень быстрых частиц (в основном, протонов или электронов), достигающих почти световой скорости.
- Говоря о ядре активной галактики, стоит понимать, что имеется в виду область начала релятивистской струи, находящаяся очень близко к центральной сверхмассивной черной дыре, - поясняет Юрий Ковалев. - Область зарождения этой струи мы можем наблюдать в радиодиапазоне, а с «Радиоастроном» - еще и в экстремально высоком разрешении.
Данные о поляризации излучения, которое исходит от ядер активных галактик, позволяют исследовать структуру и напряженность их магнитного поля. Причем чем меньше длина волны, на которой мы ведем наблюдения, и чем больше разрешение наших инструментов - тем ближе к «центральной машине» черной дыры мы можем подойти.
- Надо понимать, что измерения поляризации примерно в сто раз сложнее, чем полного излучения, - добавляет Юрий Ковалев, - просто потому что линейно поляризованным является лишь несколько процентов всей интенсивности потока излучения.
Телескоп и его база
Именно о таких наблюдениях поляризации активных ядер галактик рапортовали недавно российские ученые совместно с коллегами из Германии. Работа стала первой, проведенной в рамках проекта «Радиоастрон». Строго говоря, этот уникальный инструмент является наземно-космическим радиоинтерферометром со сверхдлинной базой (РСДБ) - прибором, позволяющим получить самое высокое угловое разрешение за всю историю астрономии.
Это своего рода виртуальный телескоп, антенна которого намечена лишь несколькими крайними «точками» - радиотелескопами обсерваторий на трех континентах Земли, и космическим аппаратом «Спектр-Р», находящимся на орбите высотой до 340 тыс. км. Работа всех элементов системы координируется, и после обработки совместно собранных данных они позволяют восстановить картину с невероятным разрешением, имитируя телескоп, размеры которого равны максимальному расстоянию между исходными телескопами РСДБ.
- Аналогичные наземно-космические интерферометры, хотя и со значительно меньшими базами, реализовывались раньше США и Японией. Но до сих пор поляризацию изучать ни один подобный инструмент не мог - на борту их спутников не имелось необходимого оборудования. Поэтому такие исследования стали первыми, уникальными не только для «Радиоастрона», но для всей области, - объясняет Юрий Ковалев. - Нам надо было убедиться в том, что техника работает штатно в реальных условиях и позволяет вести подобные эксперименты.
Поэтому статья, направленная в журнал Astronomy & Astrophysics, стала отчетом не только о самой исследовательской работе, но и о хорошем техническом состоянии аппаратуры «Спектра-Р», позволяющей проводить поляризационные измерения. Длина волны для наблюдений была выбрана в 18 см, на ней чувствительность «Радиоастрона» максимальна. Объектом же стал далекий квазар 0642+449. Он находится на красном смещении 3.4, на расстоянии более 10 млрд световых лет.
Магнитное поле и его карта
- Исследовать особенно далекие квазары интересно еще и тем, что длина волны, на которой мы его наблюдаем, больше, чем испущенная - в нашем случае, в 4.4 раза. То есть, первоначально излучение имело длину волны около 4 см. А ведь чем меньше длина волны излучения - тем ближе к «центральной машине» мы можем заглянуть, - объясняет Юрий Ковалев.
Наблюдения 0642+449, проведенные с помощью проекта «Радиоастрон», позволили получить первую карту его магнитного поля с экстремальным угловым разрешением. «Структура магнитного поля в основании джета оказалась продольной, - говорит Юрий Ковалев, - то есть, силовые линии поля сонаправлены выбросу». Эти результаты позволяют уточнить физическую модель релятивистской струи в далеком квазаре.
Юрий Ковалев резюмирует: «Поляризационные исследования ядер галактик являются одной из ключевых научных задач проекта «Радиоастрон». Этой работой мы открываем данное направление. Следующий шаг - уход на самую короткую длину волны 1.3 см. Первые полученные результаты оказались крайне занимательными. Но об этом - в следующий раз».
http://www.strf.ru/material.aspx?CatalogId=222&d_no=97838#.VVt4zGe-BR0