Введение к работе
Актуальность.
Обзоры неба - одно из фундаментальных направлений астрономии. Каталоги, составленные в поисковых обзорах, являются основой для дальнейших детальных исследований. Цель радиообзоров состоит не только в обнаружении источников, но и в выявлении их свойств и физической природы. К этому относится определение координат, измерения плотностей потоков излучения и построение радиоспектров источников, отождествления с другими каталогами и прежде всего в оптике. Знание радиоспектра позволяет с большой вероятностью выяснить механизм радиоизлучения и тем самым определить различные параметры, характеризующие природу самого радиоисточника.
РАТАН-600 в проблеме обзоров занимает промежуточное положение. Это единственный радиотелескоп, на котором впервые было начато (программа ГАИШ) исследование всего неба с разрешением от 15" до Ґ на волнах 2, 3.5 и 8 см [1*] с чувствительностью более высокой, чем это делалось ранее. С появлением радиотелескопа РАТАН-600, оснащенного чувствительным многочастотным комплексом и имеющего большое суточное поле зрения стало возможным проводить более глубокие обзоры неба. Под «глубокими обзорами» понимаются обзоры, близкие по чувствительности к «предельным», в которых остаточный шум определяется либо шумом фоновых неразрешенных радиоисточников, либо шумом эпохи рекомбинации («Сахаровскими осцилляциями») и шумом Галактики. Следует также добавить, что в режиме глубоких обзоров поток данных превышает информацию при наблюдениях по спискам отдельных источников.
Первый глубокий обзор, проводимый на радиотелескопе РАТАН-600, получил название эксперимент ХОЛОД [2*]. Его целью было исследование предельных возможностей РАТАН-600 при минимальных в то время шумах системы радиотелескоп - радиометр. В эксперименте был использован лучший по флуктуационной чувствительности радиометр на основе параметрического усилителя с замкнутым циклом гелиевого охлаждения, приняты меры к «охлаждению» самого радиотелескопа. Это позволило достигнуть чувствительности, близкой к максимально возможной для радиотелескопа РАТАН-600. Этот предел оказался около одного миллиЯнского по плотности потока и определялся слабыми фоновыми радиоисточниками. Высокая чувствительность по яркостной температуре неба также важна для поиска анизотропии микроволнового фона Э5ЯрШЗй«йй58Шйь]К0ГДа
был начат эксперимент ХОЛОД, на сантиметровых волнах самые глубокие обзоры были проведены на Боннском 100-м радиотелескопе с порогом обнаружения 14 мЯн по плотности потока и с чувствительностью в несколько миллиградусов по яркостной температуре [3*].
Уникальные возможности РАТАН-600, связанные с многочастотностью приемо-измерительного комплекса, позволяют получить мгновенные спектры объектов за одно наблюдение. Требования к полю зрения обзоров для получения статистически значимых данных зависит от фуькции радиосветимости объектов, подлежащих исследованию. При исследовании объектов малой радиосветимости с большой поверхностной плотностью объектов, достаточны малые поля. Примером могут служить обзоры VLA областей около 1 кв.мин. дуги [4*]). Для очень редких объектов высокой радиосветимости необходимы значительно большие поля. Чувствительность РАТАН-600 позволяет видеть эту популяцию почти на любых z, при поле зрения телескопа в сотни раз больше, чем в глубоких обзорах на VLA.
В последние годы остро встал вопрос о влиянии различных популяций радиоисточников на фоновое излучение ранней Вселенной. Поэтому особую актуальность представляет получение новых данных об объектах сантиметрового неба и их спектральных свойствах. РАТАН-600 - один из немногих инструментов, позволяющих продвинуться в решении этой проблемы. В глубоком обзоре следующего поколения, проводимого на РАТАН-600 вблизи местного зенита (обзор ЗЕНИТ), по оценкам [5*] уже достигнут предел по чувствительности на волне А7.6 см. Накопление данных в течение года показало, что этот предел связан с шумом плохо разрешаемых фоновых источников и вариациями фонового излучения Галактики. На более коротких волнах, как ожидается, фундаментальным препятствием является шум микроволнового излучения (10 - 100 микроградусов на масштабах более 6 мин. дуги), а также другие шумы, включая эффект Сюняева-Зельдовича на более мелких масштабах.
Уточнение роли фоновых излучений всех видов, определяющих предельные возможности РАТАН-600 в сантиметровом диапазоне длин волн — одна из актуальных задач, от решения которой зависит стратегия использования радиотелескопа в ближайшие годы.
Цель работы
Цель данной работы - выявление радиобъектов по результатам наблюдений на радиотелескопе РАТАН-600 в режиме глубоких обзоров и исследование их радиосвойств: измерения плотностей потоков излучения и постро-
ение радиоспектров обнаруженных источников, отождествления с другими каталогами, а также уточнение предельных возможностей радиотелескопа РАТАН-600.
Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:
выбрать оптимальные режимы наблюдений и провести глубокие обзоры неба на РАТАН-600 в течение ряда лет в широком интервале частот излучения;
составить алгоритмы массовой (потоковой) обработки многочастотных данных и разработать соответствующее программное обеспечение;
. выявить инструментальные погрешности радиотелескопа РАТАН-600 во время обзоров и учесть их при обработке:
систематизировать полученные данные, провести коррекцию многочисленных сбоев наблюдений и сделать многочастотную обработку данных;
провести накопление данных и выявить радиообъекты, исследовать их параметры и составить каталоги радиоисточников;
провести спектральные исследования для максимально возможного числа источников из обзоров;
исследовать вариации излучения источников обзоров на различных масштабах времени;
провести моделирование радиообзоров с учетом реальной диаграммы направленности РАТАН-600 и на его основе разработать методику для снижения уровня шума фоновых источников, снижения вклада источников проходящих вдали от электрической оси радиотелескопа, а также для оценок вклада источников в микроволновое излучение.
Новизна и научная значимость
Новизна диссертационной работы состоит в следующем:
проведены многочастотные глубокие обзоры протяженных областей
неба (~ 200 кв.град.) на РАТАН-600 по программам ХОЛОД и ЗЕНИТ
в сантиметровом диапазоне длин волн (АІ4- А55 см), с чувствительностью (Л7.6 см) близкой к чувствительности NVSS-каталога [6*] в дециметровой области спектра. С такой чувствительностью для больших областей неба многочастотные исследования в сантиметровом диапазоне длин волн не проводились;
исследованы все 1145 радиоисточников RC-каталога обзора ХОЛОД, среди которых обнаружены новые объекта неба в малоизученной области потоков 3.5-15 мЯн;
в результате более глубокого накопления данных (~ 400 записей наблюдений) в области источника RC J0343+05 получен список из 22 предельно слабых источников( до 1 мЯн) на волнах А 2.7. 3.9, 7.6, 13 см; оценены их спектральные свойства. На РАТАН-600 столь глубокая подвыборка реализована впервые; полученная плотность источников на 1 стерадиан выше плотности NVSS-каталога и близка к уровню насыщения; содержащиеся в выборке неизвестные источники (50%) нуждаются в дальнейшем подтверждении и исследовании;
получен RZF-каталог 665 источников ( А7.6 см) в результате накопления в течение ~ года суточных записей обзора неба вблизи местного зенита (обзор ЗЕНИТ, 0Л < а < 24л, 5 = 4130'±2'), что соответствует поверхностной плотности более 50 объектов на кв. градус;
проведены спектральные исследования всех NVSS объектов в полосе обзоров ХОЛОД и ЗЕНИТ; число отождествленных объектов NVSS-каталога составляет более 50% всех источников; построены спектры 400 источников по данным обзора ХОЛОД (на эпоху наблюдений 1987-88 гг.), четверть из которых лежит в области потоков менее 40 мЯн (А7.6); измерены плотности потоков источников для волн А 2.7, 3.9,13, 31 см во всей полосе обзоров; более 60% источников имеют плотности потока менее 100 мЯн (А7.6);
получен обширный, не имеющий аналога, материал по переменности слабых радиоисточников обзоров и переменности источника SS433 (высота проведения обзоров ХОЛОД), как в период вспышечной активности, так и в спокойной фазе его излучения. Впервые обнаружена 6-дневная переменность источника SS433 в спокойной фазе излучения;
предложены новые эффективные методы снижения уровня шума от фоновых источников при наблюдениях на РАТАН-600 на средних и высоких углах места.
Как ранее в эксперименте ХОЛОД, так и сейчас в обзорах ЗЕНИТ каталоги источников не имеют аналогов по чувствительности в статистически значимых выборках.
Основные положения, выносимые на защиту:
Многочастотные исследования радиоисточников RC (Ratan Cold) каталога, обнаруженных в круглосуточном обзоре ХОЛОД (5 ~ 5 ±20'); глубокая подвыборка источников с предельно обнаружимой плотностью потока ~ 1 мЯн (А7.6 см) в области источника RC J0343+05; RZF (Ratan Zenith Field) каталог радиоисточников, обнаруженных в обзоре ЗЕНИТ (0Л < а < 24л, 6 = 4130' ± 2'); результаты спектральных исследований радиоисточников.
Оценки переменности источников обзоров, исследование переменности радиоисточника SS433 и обнаружение шестидневной модуляции в спокойной фазе его излучения.
Результаты моделирования источников обзоров и методы снижения шума фоновых радиоисточников.
Методика и программное обеспечение массовой обработки глубоких обзоров неба на РАТАН-600; результаты оценок погрешностей радиотелескопа и каталогов обнаруженных источников.
Практическое значение
Глубокие обзоры неба ХОЛОД и ЗЕНИТ содержат сотни суток записей наблюдений, систематизированные в локальный архив данных и представляющие большую ценность для дальнейших исследований.
Опыт работы проекта «Большое Трио» [7*] по отождествлению объектов RC-каталога показал практическую значимость этого каталога; не меньшую ценность имеет RZF-каталог, содержащий на порядок более слабые объекты неба.
Изложены методы значительного снижения вклада фоновых источников и источников, лежащих вдали от электрической оси радиотелескопа, а также чистки записей наблюдений от источников для задач, связанных с фоновыми излучениями.
Разработаны алгоритмы и программное обеспечение по массовой обработке данных наблюдений.
Исследованы систематические погрешности, вносимые радиотелескопом в данные наблюдений и изложены методы их учета при дальнейшей обработке.
Апробация работы
Результаты работы по теме диссертации докладывались в NATO Advanced Research Workshop on «Observational Tests of Inflation», 1991; «CMB Anisotropy Experiments», London, 1997; JENAM-97, Greece, 1997; «Dark ages» of the Univese, Italy, 1997; «New Views on MICROQUASARS», France, 2002; GMIC'99, С.-Петербург-Одесса, 1999; JENAM-2000, Moscow, 2000; The 3th Microquasar Workshop, Spain, 2000; Theoretical Astrophysics Center, Дания, 2003; На многих Всесоюзных и Всероссийских радиоастрономических конференциях : Таллин (1987), Ашхабад (1991); на конференциях в Пущино (1997, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002), посвященных актуальным проблемам астрофизики; XXVI Радиоастрон. конф., С.-Петербург, 1995; XXVII ра-диоастрон. конф., С.-Петербург, 1997; Всероссийская астрон. конф. (ВАК-2001), С.-Петербург, 2001.
Результаты исследований автора неоднократно докладывались на конкурсах - конференциях С АО, а также входили в бюллетени достижений САО.
Публикации По теме диссертации опубликовано 26 работ, из них 23 работы в соавторстве, в которых изложены основные положения и выводы, соответствующие материалам, приведенным в разделах представленной к защите диссертационной работы.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 97 наименований и трех приложений; содержит 145 страниц, в том числе 27 рисунков, 16 таблиц.
