Planet Revolution

Вселенная и РадиоАстрон
Ю.Ю. Ковалев
Астрокосмический центр Физического института
им. П.Н. Лебедева Российской Академии наук
14 апреля 2014 г.
Династия-2014
Угловое разрешение телескопов –
возможность изучать мелкие детали
одиночного радиотелескопа примерно
равно длине волны наблюдения разделить
на диаметр зеркала: λ/D
интерферометра примерно
равно длине волны наблюдения
разделить на расстояние между
телескопами: λ/B
А интерферометра КосмосЗемля может улучшить
разрешение еще больше.
Радиотелескопы по всему миру наблюдают
квазары не только ради интереса ученых
Выброс релятивистской плазмы в
галактике Дева А
HST изображение
Credit: F. Duccio Macchetto/NASA/ESA
15 ГГц VLBA+VLA карта
Как двигаются материки?
Границы основных плит
показаны зелеными линиями
1 см/год
Параметры вращения Земли – необходимая
информация для точной работы
ГЛОНАСС / GPS
Направление полюса мира
Реальная длительность суток:
отличие от 24 часов
Радиус перигея: 10-50 тысяч км,
апогея: 330-360 тысяч км.
Наклонение орбиты 51.6о
Станции управления:
Уссурийск и Медвежьи озера.
Методы измерения параметров
орбиты: радиометрия, (полу-)
замкнутая петля, лазерная
дальнометрия, оптические
измерения положения Спектр-Р,
РСДБ измерения вектора
состояния.
Полетели...
РадиоАстрон: базовая информация
Космический радиотелескоп: диаметр 10 метров
 Запуск в 2011 г.
 Диапазоны частот: 0.3, 1.6, 5, 22 (18-25) ГГц
 Наивысшее разрешение (1.3 см): ~7 μas.
 Орбита: перигей 1-50,000 км, апогей ~300,000 км,
период ~9 дней; эволюционирующая
 Пять методов определения параметров орбиты,
включая Доплер, лазерные измерения, РСДБ
 Требования на точность восстановления орбиты:
расстояние до 500 м, скорость до 2 см/с.
 Ожидаемое время жизни: 5 лет
 Станции управления: Уссурийск, Медвежьи озера.
 Станции слежения: Пущино, Россия; Green Bank,
США; ожидается: Южная Африка.
 Ширина потока научных данных с КРТ: 128 Mbps.
 Два метода временной синхронизации: по
бортовому (незамкнутая петля) и наземному
(замкнутая петля) водородному стандарту.
 Программные корреляторы: АКЦ, DiFX-Bonn, JIVE
SFXC.

Станции слежения и сбора научной
информации: РФ и США
Грин Бэнк
43 метра
Пущино
22 метра
Наземное РСДБ плечо
Российская сеть Квазар, Евпатория (Украина), Effelsberg, Medicina, Yebes,
WSRT, GBT, Arecibo, VLA, Usuda, EVN, VLBA, и др.
1.3 см: счастливое завершение испытаний
Квазар 2013+370, 0.25 ED, время накопления 1 мин
6 см: КРТ-WSRT
1.3 см: КРТ-Effelsberg
Sensitivity
improvements
from original
Российский
бортовой
активный водородный
стандарт
успешно
работает
на орбите
около
estimates
– about
theуже
factor
of2 2лет!
Квазар
Обзор ядер галактик
Наземное РСДБ, 2 см:
Med Tb = 1012 K, maxTb (предел!) =5·1013
K.
Результаты обзора VSOP на 6 см –
аналогичны.
MOJAVE
15 GHz
VLBA
Tb (K)
При учете релятивистского усиления (для
Лоренц-фактора до 50), предел яркости
из обратного Компотона не нарушается.
Но! Много пределов Tb.
Задача обзора яркости ядер галактик (яркостных температур):
Измерить размеры и яркость ядер галактик.
Проверить предел на обратный Комптон эффект. Возможно только с
помощью наземно-космического РСДБ. Уход на Земле на более
высокие частоты решить задачу не поможет.
Критически важно для проверки механизма излучения.
Результаты РадиоАстрон
 18 см
Размер ядра: < 270 µas
(микросекунд дуги);
Яркостная температура:
~>1014 K.
 1.3 см
Размер ядра:
около 23 µas (микросекунд
дуги);
рекорд углового разрешения
в мировой астрономии
Яркостная температура:
~>4·1013 K.
Квазар 3C273
2 000 µas
VLBA, 2 см
Обзор ядер активных галактик
предварительные выводы



Получены детектирования на экстремальных базах до
27 диаметров Земли, с угловым разрешением до 13
микросекунд дуги более 60 ядер галактик.
Мерцания на межзвездной среде нас “не убивают”.
Исследуем диапазон Tb, недоступный ранее. Типичные
оценки яркостной температуры ядер пока:
от 1013 до >1014 K. Много. Варианты объяснения:





Тяжелые частицы – требует очень эффективного ускорения и
больших магнитных полей
Когерентные процессы – как?
Непрерывное ускорение частиц
Хитрая геометрия основания струи – не очень спасает
δ~100 – выше типичных оценок из РСДБ кинематики.
Радиоизображение
Квазар 0716+714
расстояние: 1.6 Гпк.
Ширина сопла струи:
1 световой год
Черные дыры: Дева А
2-3 февраля 2013 г.: первый эксперимент с
крупнейшими наземными телескопами.
Февраль 2014: картографирование.
Миллиметрон...
Пульсар
1. Лаборатория
экстремальной
физики.
2. Прожектор,
просвечиающий
межзвездную среду.
3. Самые точные
часы.
4. Проверка ОТО и
гравтиационная
астрономия.
Улица, фонарь, аптека... или
Галактика, пульсар, свободные электроны
Chandra
Многокомпонентное изображение пульсара в созвездии Паруса
(расстояние 960 св. лет) 10 мая 2012 г за 10 минут наблюдений на волне
18 см, проекция базы Радиоастрон – Паркс (Австралия) около 200 000
км. Это изображение непрерывно меняется, но его статистические
параметры повторяются на соседних временных интервалах и даже при
наблюдениях 18 мая 2012 г. Предположение: турбулентные сгустки
плазмы фокусируют излучение пульсаров в множество мелких пятен.
Рекорды миссии РадиоАстрон
 Впервые реализован наземно-космический интерферометр
на длинах волн 92 см и 1.3 см.
 Впервые в космосе реализованы жесткая зеркальная
антенна диаметром 10 м и водородный стандарт частоты.
 Впервые реализована «передача фазы» между
диапазонами, увеличивающая чувствительность на коротких
волнах.
 Впервые реализован интерферометр с проекциями баз:
 20 диаметров Земли (92 см, пульсары),
 27 диаметров Земли (18 см, квазары),
 24 диаметров Земли (6.2 см, квазары),
 14 диаметра Земли (1.3 см, квазары)
самый крупный измерительный инструмент в истории
человечества.
 Достигнуто рекордное в астрономии угловое разрешение 13
микросекунд дуги.
СПАСИБО
вопросы?
Статистика обнаружения
интерференционных откликов квазаров
18 см: 23 ED 1642+690 (RA-GBT);
75% детектирований.
6 см:
22 ED 0059+581 (RA-Ef);
70% детектирований.
1.3 см: 8.1 ED, 3C273 (RA-GBT и RA-VLA);
Абсолютный рекорд углового разрешения: 27 µas;
30% детектирований.
Путешествия в пространстве и времени
Черные дыры и кротовые норы…
28
Открытие пульсаров
Пульсар 0329+54: этого быть не должно!
КРТ - GBT; 92 см; база 100,000-200,000 км
Один из самых близких внегалактических
джетов в галактике Дева А (Virgo A)
Измеряем массу ядра
Наблюдения
аккреционных
дисков:
Измерение
движение
пятен, по
закону
Кеплера /
Ньютона, дает
массу черной
ядра:
~1012 Mсолн./пк3