Внегалактический пульс в мерцаниях межпланетной плазмы

Учёные из Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) изучили структуру нескольких тысяч внегалактических радиоисточников в метровом диапазоне волн. Анализ мерцаний излучения этих источников позволил оценить их космологическую эволюцию и уточнить физические условия в центральных областях активных галактик. Разработанные методики уже получили применение в обзорах неба.
Современные радиоинтерферометры со сверхдлинными базами успешно исследуют компактные внегалактические радиоисточники. Однако отдельные наблюдения далеко не всегда позволяют установить, объект какого типа попал в поле зрения учёных: ядро, джет, горячее пятно на радиооблаках или другая деталь источника. Справиться с этой проблемой помогут многочастотные наблюдения радиоисточников. Такие наблюдения позволяют выявить структуру источника и узнать точные угловые размеры компактных деталей.
Интерферометрические методы для наблюдений радиоисточников используются, как правило, на высоких (выше 1 ГГц) частотах, т.е. в сантиметровом и дециметровом диапазонах волн. На более низких частотах, в метровом диапазоне, нет устойчиво работающих интерферометров и поэтому требуются альтернативные методы наблюдений. Один из них — анализ мерцаний радиоизлучения, которые могут принадлежать разным объектам: ионосфере, межпланетной плазме или межзвёздной плазме.
В Пущинской радиоастрономической обсерватории им. В.В. Виткевича Астрокосмического центра (ПРАО АКЦ) ФИАН, старейшем научном учреждении этого профиля в России, метод анализа мерцаний развивается с 1970-х годов. В этот раз для изучения радиоисточников учёные обратились к мерцаниям на неоднородностях межпланетной плазмы.
Рассказывает автор работы, ведущий научный сотрудник ПРАО АКЦ ФИАН Сергей Анатольевич Тюльбашев:
«Процесс мерцаний очень прост. Между наблюдателем и источником излучения находится экран, искажающий фронт волны, который идёт от далёкого компактного источника. Экран „состоит“ из неоднородностей: флуктуаций и неоднородностей электронной плотности, которые и искажают фронт волны. Он движется, или наблюдатель движется. Картина мерцаний записывается на приёмнике, антенне. А наблюдаться мерцания будут, если угловой размер источника сравним или меньше характерного масштаба неоднородности».
Анализ мерцаний на межпланетной плазме — единственный на сегодняшний день способ получить информацию о потоках и угловых размерах и структуре источников малого углового размера (менее 1˝) в метровом диапазоне. Мерцания «ценны» и на высоких частотах: здесь очень высоким угловым разрешением, недостижимым для интерферометров, обладает метод межзвёздных мерцаний. Рекорд на настоящий момент составляет порядка 10 нс.
Наблюдения выполнены на Большой сканирующей антенне (БСА) ФИАН — крупнейшем и самом чувствительном в мире радиоастрономическом инструменте в метровом диапазоне длин волн. Антенна позволяет решать уникальные научные задачи, например, исследовать крайне слабые компактные источники (так, на частоте ~100 МГц плотность потока исходящего от них излучения может составлять порядка 10 мЯн). До недавнего времени для ряда выборок слабых компактных источников не хватало масштабных наблюдений на высоких частотах, а на низких частотах специальное изучение этих источников и вовсе не проводилось.
В результате кропотливой работы были проведены наблюдения межпланетных мерцаний нескольких тысяч радиоисточников (для более 700 компактных компонент даны оценки плотности потока, причём для большинства источников — на самой низкой частоте наблюдения и впервые). Получены первые двумерные карты распределения индексов таких мерцаний. Кроме того, в ходе исследования выявлена разница космологической эволюции компактных и протяжённых радиоисточников.
Разработанные методики обработки наблюдений уже получили применение, например, в обзорах неба. В рамках программы «Космическая Погода» эти методы помогают точнее предсказать время прихода на Землю выбросов корональной массы. Результаты работы планируется применять и при построении физических моделей активных ядер галактик.