Гравитационные линзы, ультраяркие рентгеновские источники

Т.И.Ларченкова
(АКЦ ФИАН)
Объекты исследования:
I. Гравитационно-линзированные системы.
II. Компактные релятивистские объекты:
• ультра-яркие рентгеновские источники,
• гипер-яркие рентгеновские источники,
Научные задачи в моде одиночного зеркала (ГЛ):
I.
Наблюдения на больших красных смещениях
линзированных галактик с активным
звездообразованием и значительным кол-вом
пыли (DSFGs) с целью изучения их эволюции.
II. «Проблема спутников» в ΛCDM модели:
• Наблюдения линзированных систем с
аномальным отношением потоков изображений.
• Спектральные наблюдения высокого разрешения
DSFGs на больших красных смещениях.
III. Наблюдения массивных скоплений галактик
(например, Cl 0024+17, Abell 2218)
Научные задачи в моде интерферометра (ГЛ):
IV.Наблюдение кандидатов в гравитационные
линзы на больших красных смещениях (до z~5)
по данным суб-мм обсерваторий в интерферометрической моде с целью подтверждения
множественности
изображений
без
картографирования (преимущество ММ).
I. Предсказание: наиболее яркие галактики класса DSFG на
красных смещениях z>1 это объекты, подверженные
сильному гравитационному линзированию (Blain 1996; Negrello
et al. 2007).
Цель: изучение свойств и эволюции галактик класса DSFG
Стратегия исследования:
Измерение красного смещение источника
Измерение красного смещение линзы
Измерение относительное положение линзы и изображений источника
Измерение соотношения потоков изображений
Определение типа галактики-линзы
Модель распределения плотности вещества галактики-линзы
Определение коэффициента усиления
Определение собственной светимости источника.
Построение распределений количества источников и их
светимости в зависимости от величины красного смещения.
Критерии отбора мишеней для поиска грав. линзированных галактик
DSFG из обзоров SPT (220 ГГц, 150 ГГц) и Herschel (Vieira et al. 2013):
• источники с тепловым спектром,
• источники с отрицательными фотометрическими к-поправками,
• исключение источников на z ≤ 0.03 (IRAS) и радио-квазаров с плоским
спектром.
Стратегия наблюдений:
• Спектроскопические наблюдения линии СО как самого общего
индикатора молекулярного газа на больших красных смещениях.
Переходы CO J=1-0 (частота в системе покоя 115,27 GHz)
CO J=5-4 (
576,3 GHz)
CO J=6-5 (
691,5 GHz)
Светимость линии СО
( Solomon & Vanden Bout 2005)
• Фотометрические наблюдения.
Наблюдения ALMA (Vieira et al. 2013):
- построение изображений 47 источников на 870 мкм,
- спектроскопические наблюдения 26 источников
в диапазоне частот 84.2 – 114.9 ГГц,
-2 источника при z=5.7
Vieira et al. 2013
Vieira et al. 2013
ALMA «не видит» диапазон 1.74 <z< 2.00
II. «Проблема спутников» в CDM модели
Предсказание ΛCDM модели:
крупные сгустки ТМ (гало), в которых расположены большие галактики,
должны быть окружены сотнями мелких сгустков ТМ (суб-гало), в которых
должны "сидеть" карликовые галактики-спутники.
Наблюдения:
вокруг Млечного Пути известных спутников значительно меньше, они
распределены в виде протяжённого блина, наклонённого к плоскости МП.
Возможные пути решения:
1.
Наблюдения линзированных систем с аномальным соотношением
потоков изображений (Mao & Kochanek 1998).
2.
Спектральные наблюдения DSFGs на больших красных смещениях
(Hezaveh et al. 2012).
IIа. Гравитационно-линзированные системы с аномальным
соотношением потоков изображений
-MG 0414+0534
l=187.101, b=-31.033 Четыре изображения
Z(источника)= 2.64 Z(линзы)=0.96
-MG 2016+112
l=53.655, b=-13.635 Два изображения квазара
Z(источника)=3.27 Z(линзы)= 1.01
-H 1413+117
l=358.732, b=64.773 Четыре изображения
Z(источника)=2.55 Z(линзы)= ?
MG J0414+0534
Ros et al. 2000
MG J2016+112
Koopmans et al. 2002
H1413+117
CASTLES survey
Irwin et al. 1998
MacLeod et al. 2009
JVAS B1938+666
обнаружен спутник с М=(1.9±0.1)х10^8 Mсолнца
(Vegetti et al. 2012)
Источник – яркая в
ИК-диапазоне галактика
Z=2.059
Линза – массивная
эллиптическая галактика
Z=0.881
Техника пиксельного
моделирования для
обнаружения суб-гало до
масс, составляющих 0.1%
от массы линзы внутри
радиуса ЭХ.
IIb. Спектральные наблюдения линзированных галактик
класса DSFGs на больших красных смещениях.
Наблюдение линии CO перехода 6-5:
- наиболее яркая линия,
- индикатор наличия плотных ядер облаков звездообразования с компактной
морфологией.
Hezaveh et al. 2012
Результаты моделирования (Hezaveh et al. 2012)
55% вероятность обнаружения суб-гало с М>10^8 Mсолнца на 5σ в
каждой линзе
III. Наблюдение массивных скоплений галактик
Скопление Cl 0024+17
(ZwCl 0024+1652) z=0,297
www.nasa.gov
Скопление Abell 2218 z=0,174
William Herschel Telescope
www.ing.iac.es
E.Egami 2010
IV. Наблюдение кандидатов в гравитационные линзы на
больших красных смещениях из инфракрасных обзоров
Negrello et al.2010
Negrello 2010
CO J=1-0 (115,27 GHz)
CO J=5-4 (576,3 GHz)
CO J=6-5 (691,5 GHz)
187-310 GHz
z=3.04
Gravitational lens model of ID81 and ID130
Negrello 2010
E.Egami 2010
Определение красных смещений в галактиках-линзах
Millimeter wave absorption lines towards PKS 1830-211 at different z
(Wiklind & Combes 1998).
ULXs
LX > 2 x1039 эрг/с
N = 470 ULXs (Walton et al. 2011)
Feng & Soria 2011
Miller et al. 2004
ULXs в М82
VLA 8.4 GHz
E.Kording et al. 2005
Hα эмиссионные туманности вокруг ULX и
NGC 7793 S26 (с доминирующим джетом)
Feng & Soria 2011
HLX -1 ESO 243-49
HST разрешение 0.5”
Farrell et al. 2012
N.Webb et al. 2012
HLX -1
ESO 243-49
N.Webb et al. 2012
Messier 101
(NGC 5457)
FIRST,
разрешение 5”
D.Perez-Ramirez et al 2007
Наблюдения ультраярких (ULXs) и гиперярких
рентгеновских источников (HLXs) в моде одиночного
зеркала с целью детектирования излучения в мм и субмм диапазоне длин волн и последующие наблюдения
этих объектов в интерферометрической моде с
высоким пространственным разрешением.
Ожидаемые потоки ~ десятки мкЯн.
Мишени для наблюдений: наиболее близкие ULXs и
HLXs.
Вероятные проблемы
источников
с
наличием
фона
далеких
Заключение
Предлагаемые задачи для проекта ММ:
в моде космического телескопа
• Наблюдения на больших красных смещениях линзированных галактик с
активным звездообразованием и значительным кол-вом пыли (DSFGs) с
целью изучения их эволюции (определения красного смещения и
светимости) по однородной выборке источников.
• Решение «проблемы спутников» в ΛCDM модели путем наблюдения
линзированных систем с аномальным отношением потоков изображений
и спектральных наблюдений высокого разрешения DSFGs на больших
красных смещениях в широкой полосе частот.
•Поиск новых событий сильного линзирования источников при больших
красных смещениях (мишень – массивные скопления галактик);
в моде космического интерферометра
• Наблюдение кандидатов в гравитационные линзы на больших красных
смещениях (до z~5) по данным суб-мм обсерваторий в
интерферометрической моде с целью подтверждения множественности
изображений без картографирования (преимущество ММ).
А→В фаза роста вспышки
(устойчивое радиоизлучение до 2 мм)
В →C →D переход из жесткого в
мягкое состояние (вспышки в
радиодиапазоне, «радио-пузыри»)
D→E мягкое состояние (слабое
радиоизлучение)
E→F возврат в жесткое состояние
Fender & Belloni 2012
V 404 Cyg
S~ν –α, α=+0.09+-0.19 (E.Gallo et al. 2005)
Kording et al. 2006
Наблюдение микроквазаров и двойных систем с ЧД звездных масс
в спокойном состоянии с целью уточнения параметров возможных
физических моделей и геометрических свойств джетов в моде
одиночного зеркала и интерферометрической моде.
Ожидаемые потоки ~ сотни мкЯн.
Двойные системы в шаровых звездных
скоплениях
М22 Strader et al. 2012
Strader et al. 2012
Наблюдения на 5.9 ГГц и 6.75 ГГц, α=0-0.2 (плоский спектр).
Размер ядра М22 (1.24+- 0.03) пк
Strader et al. 2012
LX < 2x1034 erg/s LR ~ LX0.58 черная линия (одновременные наблюдения)
Наблюдения центров шаровых скоплений с большими
радиусами ядер в моде одиночного зеркала с целью
детектирования излучения в мм диапазоне длин волн
от двойных систем с ЧД звездной массы
и
последующие
исследования
этих
объектов
в
интерферометрической
моде
с
высоким
пространственным разрешением.
Ожидаемые потоки ~ десятки мкЯн.
Мишени для наблюдений: M22, M14, M53, NGC 2419.
Сложности: фон далеких инфракрасных источников.
ЧДПМ в центрах шаровых скоплений
Наблюдения центров массивных шаровых скоплений с
компактными ядрами с целью детектирования ЧДПМ в
интерферометрической моде в мм диапазоне длин
волн.
Ожидаемые потоки ~ десятки мкЯн (определение
верхнего предела по потокам излучения)
Мишени для наблюдений: G1, ωCen, Tuc 47, M15 и др.
II.1. Линза – спиральная галактика
-Q 2237+0305
l=71.796, b=-46.107 Крест Эйнштейна
Z(источника)=1.695 Z(линзы)=0.0394
-B 1600+434
l=68.637, b=48.577 Два изображения квазара
Z(источника)=1.59 Z(линзы)=0.41 Почти на ребре
-PMN J2004-1349
l=28.309, b=-22.238 Два изображения
Z(источника)=? Z(линзы)= ?
-CX 2201-3201
l=14.854, b=-52.974 Два изображения квазара
Z(источника)=3.9 Z(линзы)=0.32 На ребре
l=142.602, b=-23,487 Изображения: A,B,+Ring+Jet (0,334”)
Z(источника)=0.944 Z(линзы)=0.6847
Определение положения галактики-линзы.
Применение моделей распределение плотности вещества спиральных галактик
для уточнения параметров линзы.
Определение постоянной Хаббла для систем с измеренным временным
запаздыванием и известным расположением линзы.
-B 0218+357
Q2237+030
Results from CASTLES survey
B1600+434
II.3. Гравитационно-линзированные системы с релятивистскими струями
-PKS 1830-211
l=12.166, b=-5,711 Изображения: NE,SW + Ring (1”)
Z(источника)=2.507 Z(линзы1)=0.89 ? Z(линзы2)=0.19 ?
-MG 1131+0456
l=258.933, b=60.818 Изображения: A, B + Ring
Z(источника)=? Z(линзы)=0.844
-B 0218+357
l=142.602, b=-23,487 Изображения: A,B,+Ring+Jet (0,334”)
Z(источника)=0.944 Z(линзы)=0.6847
PKS 1830-211
MERLIN image at 5 GHz
MG 1131+0456
B0218+357
O.Wucknitz et al., 2004
Центральное изображение 8.4 ГГц
VLA (масштаб 1”);
слева – 15 ГГц VLA (масштаб 0.1”);
справа- 8.4 ГГц VLBI (масштаб 0.01”)
A.S.Cohen RLE Technical
Report №641 (2000)