«Радиоастрон» разглядел водный мазер размером с Солнце

Изображение созвездий Кассиопея и Цефея, сделанное обсерваторией WISE

Stuart Rankin / flickr.com

Космический телескоп «Радиоастрон», который образует вместе с наземными телескопами интерферометр со сверхдлинной базой, разглядел в мазерном излучении, исходящем от области активного образования звезд Цефея A, объект с угловым размером около 24 микросекунд, что сопоставимо с размерами Солнца. Статья опубликована в The Astrophysical Journal, препринт работы выложен на сайт arXiv.org.

Космический телескоп «Радиоастрон» — единственный российский научный космический аппарат. Главная задача телескопа — наблюдение в радиоволновом диапазоне за активными ядрами галактик, пульсарами, квазарами и межзвездными газовыми облаками. «Радиоастрон» имеет одну из самых больших антенн среди космических радиотелескопов (диаметром около 10 метров) и обращается вокруг Земли по сильно вытянутой эллиптической орбите с длиной большой полуоси около 190 тысяч километров и периодом обращения около 8,3 суток. Подробнее про аппарат можно прочитать в серии интервью Виталия Егорова (1, 2, 3).

Как правило, «Радиоастрон» работает не в одиночку, в связке с ним за тем же участком неба наблюдают еще несколько наземных телескопов. Это позволяет получить интерферометр со сверхдлинной базой, (превышающей в несколько раз диаметр Земли), который имеет угловое расширение порядка нескольких десятков угловых микросекунд — такой угловой размер имел бы спичечный коробок, находящийся на поверхности Луны. Высокая разрешающая способность достигается благодаря синхронизации и последующей обработке изображений, приходящих от разных телескопов — из-за того, что они находятся в разных точках, излучение до них доходит с небольшой задержкой, и это позволяет уточнить направление на источник.

Группа ученых из России, Великобритании, Японии, Нидерландов и США под руководством Андрея Соболева из Уральского федерального университета провела наблюдения области активного образования звезд в созвездии Цефея (Cepheus A), удаленной от Земли на расстоянии около 700 ± 40 парсек (около 2 тысяч световых лет). Радиоизлучение этой области в основном образуется в одном из 16 тепловых ядер, связанных с формированием новых горячих звезд спектрального класса O или B. Ранее астрономы регистрировали от этих источников когерентное излучение с частотой около 22 гигагерц, отвечающее переходам в молекулах воды (так называемый водный космический мазер). Впрочем, низкое разрешение не позволяло изучить этот регион в подробностях.

Наблюдения за этим участком неба «Радиастрон» вел совместно с наземными радиотелескопами в испанской провинции Гвадалахара, на Сицилии и обсерваторией «Зеленчукская» на Северном Кавказе в течение 40 минут 18 ноября 2012 года. Диаметры наземных телескопов составляли от 32 до 40 метров. Затем собранные данные были отправлены в вычислительный центр в Москве, где астрономы искали между ними корреляции. В результате ученые обнаружили в области наблюдений четыре источника мазерного излучения, имеющих относительные скорости движения 0,6, −9,7, −14,8, −16,2 и −16,9 километра в секунду. Тем не менее, космический телескоп сам по себе разглядел только источники со скоростью 0,6 и −16,9 километра в секунду, а дальнейшие наземные наблюдения проводились только для источника 0,6 километра в секунду. Поэтому ученые сфокусировались именно на нем.

Более детальный анализ с учетом наблюдений «Радиоастрона» и наземных телескопов показал, что на самом деле излучение источника расщепляется на два сигнала с относительными скоростями около 0,36 и 0,9 километра в секунду. В то же время, по отдельности телескопы это расщепление не видели. Сравнивая задержку фаз каждого из этих сигналов в начале и конце 40-минутного периода наблюдений, ученые получили, что расстояние между источниками не превышает 24 микросекунд угловой дуги. А зная, что исследуемая область находится примерно в 700 парсеках от Земли, несложно пересчитать угловое расстояние в линейное — оказывается, что расстояние между источниками сравнимо с радиусом Солнца.

Кроме того, ученые предложили несколько гипотез, которые объясняют появление такой структуры со сравнительно небольшими размерами. Теоретически ее можно объяснить, рассматривая кеплерово движение источников излучения по протозвездному или протопланетному диску, перекрытие двух газовых облаков практически идеально сферической формы или образование вихрей при обтекании неподвижного препятствия (вихри фон Кармана). Лучше всего теоретические предсказания и экспериментальные данные совпадают для последней гипотезы. 

В ноябре прошлого года телескоп «Радиоастрон» остался без часов — находящийся на его борту водородный стандарт частоты вышел из строя в связи с исчерпанием запаса нейтрального водорода, и синхронизация аппарата с наземными телескопами стала невозможна. Тем не менее, ученые нашли альтернативный способ синхронизации, и сейчас телескоп продолжает свою работу.

Ранее астрономы уже использовали «Радиоастрон», чтобы сфотографировать джеты блазара из созвездия Ящерицы BL Lac с рекордно высоким разрешением порядка 21 угловой микросекунды. Теоретически, при базе интерференции около 340000 километров аппарат может получить фотографии и с большим разрешением (вплоть до семи угловых микросекунд). Стоит отметить, что существуют и другие проекты, аналогичные «Радиоастрону» (например, Event Horizon Telescope), но их апертура не дотягивает до апертуры интерферометра, создаваемого российским спутником вместе с наземными телескопами.

Дмитрий Трунин

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.