Введение к работе
Актуальность проблемы. Большая часть распределенного радиоиолучения нашей Галактики-на дециметровых и -метровых волнах имеет синхротронную природу и генерируется релятивистскими электронами, движущимися по винто-зым траекториям в слабых межзвездных магнитных полях. Эдной ио особенностей синхротронного получения является ;го частичная линейная поляризация. Степень линейной по-іяризации синхротронного излучения ансамбля релятивист-;ких электронов со степенным спектром N(E) ос Е~у в однородном магнитном поле в вакууме равна
7 + 1 Ро = , „,„ »
;ля типичного значения -у = 2.6 степень поляризации соста-іляєт 73%. В действительности степень поляризации наблю-(аемого линейно поляриоованного радиоиолучения даже на высоких частотах обычно не превышает 20 процентов, что ібусловлено сложной структурой магнитного поля, которое імеет регулярную и хаотическую составляющую.
При распространении получения в намагниченной межзвездной плазме плоскость поляризации линейно поляризо-анной волны испытывает фарадеевское вращение. Угол по-орота равен
р(рад) = 0.81А2 / neB{ldl , о
де пг — электронная концентрация в см3, 1 — длина пути парсеках, Л — длина волны в метрах, і?ц — продольная оставляющая магнитного поля в микрогауссах.
В протяженном источнике синхротронное радиоиэлуче-ие генерируется на разных глубинах, и, соответственно,
плоскость поляризации излучения поворачивается внутри источника на разные углы, что приводит к уменьшению степени поляризации радиоизлучения на выходе из источника.
По характеру изменений яркостной поляризационной тем пературы и позиционного угла с частотой можно оценить электронную концентрацию и продольную составляющую маї нитного поля как в источнике радиоизлучения, так и в межзвездной среде между ним и наблюдателем. Поскольку межзвездная среда весьма неоднородна фарадеевская деполяризация на длинных волнах (А > 1 м) меняется от направления к направлению особенно существенно. Ввиду того, что угол фарадеевского вращения плоскости поляризации радиоизлучения на частотах выше 1 -т-2ТГц пренебрежимо мал (< 3), карты распределения позиционных углов ("поляризационных векторов") позволяют определить структуру составляющей магнитного поля, перпендикулярной лучам зрения. По спектру поляризационной яркостной температуры на этих частотах можно определить энергетический спектр релятивистских электронов в межзвездном пространстве [5а].
Диапазон длин волн, на которых в настоящее время проводятся исследования поляризации галактического радиоизлучения, ограничен в длинноволновой части метровыми волнами из-за фарадеевской деполяризации, а в коротковолновой части из-за малой яркостной температуры синхротронного излучения .
Линейная поляризация непрерывного радиоизлучения Галактики впервые была обнаружена В.А.Разиным на волнах 1.45 и 3.3 м [1а,2а, 5а]. За рубежом первые результаты поляризационных исследований были получены в 1962г.[6а]. С этого времени в ряде радиоастрономических обсерваторий (в Голландии, Англии , Австралии и Канаде) были выполнены поляризационные обзоры обширных областей небосвода на частотах 408, 610, 820, 1407 и 1415 МГц [7а,8а,9а,10а, 11а], а
также обзор на частоте 240.5 МГц небольшого участка небосвода в направлении антицентра Галактики [12а]. Эти наблюдения поляризации на небольшом числе частот не дают возможности получить исчерпывающую интерпретацию поляризационных результатов, т.к. они не позволяют учесть немонотонную частотную зависимость поляризационных параметров в ряде областей Галактики.
Программа поляризационных исследований НИРФИ предусматривает иной подход: детальное изучение наиболее примечательных областей Галактики, в частности, петлевых объектов — Петля III и Петля I, области Северного полюса Мира, а также область Северного полюса Галактики в более широком частотном диапазоне 88-г 1680 МГц на большем числе частот. Регулярные измерения поляризации галактического радиоизлучения начались в 1965 г на радиоастрономической обсерватории НИРФИ Старая Пустынь в в Нижегородской области (географическая широта места 5539', долгота 2Л 54т 32'), где наблюдается относительно низкий уровень радиопомех.
Трудность поляризационных измерений связана с тем, что необходимо обнаружить незначительную линейно поляризованную компоненту галактического радиоизлучения на фоне общего космического радиоизлучения и теплового радиоизлучения земного покрова, которое частично поляризовано. Учет побочных эффектов представляет основные трудности, поскольку величина последних обычно сравнима с по-іезньїм сигналом и зависит от угла места, азимута радиотелескопа и изменяется со временем из-за того, что уро-5ень радиоизлучения Земли изменяется в течение наблюде-1ий. Корректность учета побочных эффектов во многом шределяет точность измерений поляризационных параметров галактического радиоизлучения.
Исследования линейной поляризации галактического ра-
диоизлучения представляют большой астрофизический инте рее, так как позволяют получить существенную информацш о межзвездном магнитном поле, пространственном распре делении ионизированного газа и релятивистских электрона в Галактике.
Цель работы состоит в получении новых данных о мел овездной среде по результатам исследования линейно поля ризованного радиоизлучения Галактики. При этом в основ; положены:
1. Исследования углового распределения линейно поляриоо
ванной компоненты распределенного галактического радио
излучения в области крупномасштабной неоднородности —
Петли III в дециметровом и метровом диапазонах волн. Ис
следование природы Петли III по результатам радиополяри
зационных и других астрофизических данных.
2. Детальное исследование тонкой структуры частотных спе
тров яркостной температуры и позиционного угла линей
но поляризованной компоненты галактического радиоизлу
чения в области высокой поляризации (ОВП ) ( 100 < I <
165, -4 < Ь< +16) в диапазоне 240 -г 920 МГц на большої*
числе частот.
3. Эталонирование линейно поляризованных параметров і
области низкой поляризации — Северного полюса Мира і
интервале частот 88 -г 1415 МГц.
-
Многочастотные измерения яркостной температуры и позиционного угла плоскости поляризации линейно поляризованной компоненты радиоизлучения Галактики в направлении ее Северного полюса.
-
Исследование природы ОВП с центром в / = 147, Ь = +8
Научная новизна. Выполнены многочастотные (на 11 частотах в интервале 102 -Ь 920 МГц) измерения яркостной температуры и позиционного угла линейно поляризованного галактического радиоизлучения в области Петли III.
Наблюдения на частоте 920 МГц (2) показали, что на небосводе выделяется область с высокими значениями Т* (ОВП), ограниченная координатами 105 < I < 165, -4 < 6< +16 .
На частоте 290 МГц обнаружена наиболее яркая в линейно поляризованном радиоизлучении область — яркое пятно [3], ограниченная координатами 140 < I < 156, 0 < 6 < +15 с координатами центра / = 147, b = +8 (ПО 147+8). Яркое пятно линейно поляризованного радиоизлучения представляется более или менее симметричным.
Проведена калибровка поляризационных температур и позиционных улов методом сопровождения отдельных точек небосвода в пределах ОВП в интервале 240 -г 920 МГц на большом числе частот. Установлено, что частотный спектр яркостной поляризационной температуры Гьр в диапазоне 290+ 510 МГц является немонотонным.
Исследовано пространственное распределение яркост-ных поляризационных температур и позиционных углов в ОВП. Наблюдаемые поляризационные данные хорошо объясняются в предположении, что межзвездное магнитное поле в области высокой поляризации имеют ква-оирегулярную структуру. При этом угловые и частотные изменения Т и х обусловлены эффектом Фарадея.
Сделано предположение, что источник высокой поляризации находится на расстоянии между 245 пк и 500 пк. Это следует из фарадеевской деполяризации радиоизлучения в Стремгреновской зоне вокруг звезды В2 Ve (НЕ) 20336), расположенной на расстоянии 245 пк [15а],
и исследовании поляризации света звезд, которая происходит на расстоянии не далее чем 500 пк.
Выдвинута гипотеза о возможном отождествлении обла сти высохой поляризации с газопылевым облаком, которое расположено на расстоянии 300 пк и почти полностью совпадает с границами ОВД (100 < / < 164, -4 < Ъ < +10),(18aj.
Проанализированы результаты измерений яркостной температуры и позиционного угла линейно поляризованной компоненты галактического радиоизлучения в направлении Северного полюса Мира на 13 частотах в интервале частот 88-т- 1407 МГц [6,7,8]. Полученные результаты измерений яркостной поляризационной температуры Т и позиционного угла являются наиболее многочастотными. Установлено, что в интервале частот 200 -г 1407 МГц спектр Т имеет степенную зависимость со спектральным индексом (Зр — 1.87 ± 0.05 (2?oci/-A).
Выполнены измерения яркостной температуры ТІ и позиционного угла х плоскости поляризации радиоизлучения Галактики в направлении ее Северного полюса на частотах 290, 408, 910 МГц. Определено значение температурного спектрального индекса j3p = 1.25 ± 0.2
Практическое и научное оначение диссертации определяется тем, что исследование частотного спектра и углового распределения параметров линейно поляризованной компоненты галактического радиоизлучения являются весьма информативным методом изучения структуры и величины меж звездного магнитного поля, пространственного распределения релятивистских и тепловых электронов как в самом источнике, так и в среде между ним и наблюдателем.
Поляризационные измерения внеземного радиоизлучения имеют прикладное значение для исследования межпланетной среды и ионосферы посредством наблюдений фарадеевского вращения плоскости поляризации эталонных областей небосвода.
Личный вклад. Автор диссертации принимал непосредственное участие в наблюдениях и обработке данных линейно поляризованной компоненты галактического радиоизлучения, результаты которых выносятся на защиту.
Участие автора диссертации в поляризационных наблюдениях началось с первых регулярных измерений, выполненных на радиоастрономической станции "Старая Пустынь" в 1965 г.. Для обработки данных им была разработана методика учета фарадеевского вращения линейно поляризованного сигнала в ионосфере [1];
в 1969 г. автором выполнены наблюдения на высокой для поляризационных измерений частоте 920 МГц [2]; в 1972-f- 1973 гг. были проведены наблюдения поляризации на частоте 102МГц [9];
з 1974-1975 гг. автором были выполнены наблюдения поляризации на частоте 290 и 334 МГц[3];
автором разработан и изготовлен четырехканальный поля-эиметр дециметрового диапазона волн для измерений линейно поляризованного галактического радиоизлучения [10]; } 1984-1988 гг. выполнены поляризационные измерения и іроведена обработка данных на 7 частотах в диапазонах 575-г 448 МГц (11,12,13,14);
штерпретация результатов поляризационных наблюдений в ібласти высокой поляризации, как правило, проводилась со-іместно с научным руководителем В.А.Разиным ; овместные работы по исследованию частотного спектра по-яризационных параметров в направлении Северного полюса /Іира основаны на результатах полученных в НИРФИ на 13
частотах, ио них автором выполнены наблюдения на 7 частотах (334, 375, 385, 395, 408, 437, 448 МГц).
Апробация реоультатов исследований. Работы, составляющие основу настоящей диссертации, выполнялись по плану важнейших работ НИРФИ и на завершающем этапе — при поддержке грантов РФФИ N 97-02-16256-а, N 98-02-31014 и ФЦНТП подпрограмма "Астрономия" проект N 1.3.7.2.. Полученные результаты включались в отчеты Научного совета по комплексной проблеме "Радиоастрономия". Основные результаты диссертационной работы докладывались на 7-й Всесоюзной конференции по радиоастрономии (г. Горький, 1972 г.); 12-ой Всесоюзной конференции по галактической и внегалактической радиоастрономии (г. Звенигород, 1979 г.); 17-й Всесоюзной конференции по радиоастрономической аппаратуре (г.Ереван, 1985г.); 19-й Всесоюзной конференции по галактической и внегалактической радиоастрономии (г. Таллин, 1987 г.); 23-ей Всесоюзной конференции по галактической и внегалактической радиоастрономии (г.Ашхабад, 1991г.); 25-ой радиоастрономической конференции (г. Пущино, 1993 г.); 26-ой радиоастрономической конференции (г. Санкт-Петербург, 1995 г.); 27-ой радиоастрономической конференции (г. Санкт-Петербург, 1997 г.); 6th European and 3rd Hellenic Astronomical Society Conference (Thessaloniki, Greece, 1997) и на научных семинарах НИРФИ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Диссертация изложена на 147 страницах, включая 39 рисунков, 13 таблиц и 97 наименований списка цитируемой литературы.