CC BY
3
УДК 520.27
ЭФФЕКТИВНАЯ ПЛОЩАДЬ РАДИОТЕЛЕСКОПА РХ-22 ПУЩИНСКОЙ РАДИОАСТРОНОМИЧЕСКОЙ ОБСЕРВАТОРИИ. ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ
Л. М. Шарипова
Наблюдаемая переменность радиоисточников на высоких (> 20 ГГц) частотах позволяет оценить как характеристики межзвездной плазмы, так и физические условия в активных ядрах галактик (АЯГ). На радиотелескопе РТ-22 Пущинской радиоастрономической обсерватории (ПРАО) проведены работы по оценке возможности исследования переменности компактных радиоисточников на имеющейся аппаратуре РТ-22. С этой целью проведены расчеты эффективной площади (Аэфф) РТ-22 на частоте 22 ГГц (1.35 см) на основе долговременных наблюдений трех калибровочных радиоисточников DR21, 3C123, NGC7027, а также оценена флуктуационная чувствительность радиотелескопа.
Ключевые слова: переменность радиоисточников, эффективная площадь.
Введение. Современная наблюдательная астрономия является многоволновой и решает множество научных и практических задач. В число научных задач входит исследование переменности внегалактических радиоисточников. На высоких частотах оценка плотности потока связана с постоянным контролем состояния антенны. Наблюдаемая переменность активных ядер галактик может быть внутренней [1], связанной с процессами в активном ядре, и/или внешней [2], связанной с межзвездными мерцаниями. В зависимости от вида переменности можно извлекать либо физические условия в активном ядре, либо характеристики межзвездной плазмы на луче зрения. Для получения кривой блеска (зависимости наблюдаемой плотности потока от времени) нужно делать оценки плотности потока и постоянно отслеживать возможные погрешности при получении этих оценок. Полученная кривая блеска с учетом известных ошибок оценок
Филиал "Пущинская радиоастрономическая обсерватория АКЦ ФИАН", 142290 Россия, Московская обл., г. Пущино, Радиотелескопная ул., 1А; e-mail: sharipova@prao.ru.
плотности потока позволяет проводить анализ переменности. В случае наблюдений на полноповоротных антеннах есть специфика, связанная с тем, что одновременно проводятся наблюдения исследуемого источника и фона. Разница антенных температур (К) источника и фона позволяет далее сделать оценку плотности потока наблюдаемого радиоисточника. Для перевода получаемых в ходе наблюдений величин в единицы плотности потока - Янские - нужно знать эффективную площадь антенны (Аэфф.). Радиотелескоп РТ-22 Пущинской радиоастрономической обсерватории (ПРАО) конструктивно представляет собой параболоид вращения (полноповоротная антенна) с двухзеркальной системой облучения. В фокусе вторичного зеркала размещены приемники, принимающие радиоизлучение на длинах волн 0.8 см и 1.35 см. На настоящий момент времени почти все наблюдательные программы на РТ-22 связаны с наблюдениями спектральных линий. При наблюдениях спектральных линий оценивается их ширина, допплеров-ское смещение, отношение сигнала к шуму (С/Ш) в линии. При этом оценка плотности потока в единицах Янских, как правило, не производится. Нами планируется запуск новой программы по исследованию переменности плотности потока, регистрируемого от компактных радиоисточников (АЯГ). Для получения корректных оценок плотности потоков необходима ежедневная оценка эффективной площади радиотелескопа.
Наблюдательные данные и их обработка. С целью определения текущего состояния эффективной площади РТ-22 был проведен наблюдательный мониторинг трех калибровочных источников - БИ,21, 3С123, N007027. Плотности потоков ) указанных источников взяты из работы Вааге е! а1., [3] и составляют 19 Ян, 5.87 Ян и 3.71 Ян, соответственно. Можно отметить, что первый и третий из трех вышеуказанных калибраторов являются молекулярным облаком и планетарной туманностью в созвездии Лебедя, соответственно, второй - известный квазар 3-го Кембриджского каталога (3С). Мониторинг длился с октября 2021 г. по май 2022 г. Наблюдения проводились с использованием штатного оборудования телескопа, включая приемник радиоизлучения (радиометр) на длине волны 1.35 см (22 ГГц). Метод проводимых наблюдений, использованный нами, достаточно подробно описан в работе [4]. Необходимо отметить, что при наблюдениях исследуемых объектов вклад излучения атмосферы заметно снижается методом диаграммной модуляции. Радиосигнал от наблюдаемого источника регистрировался в полосе 50 МГц, а ширина частотного канала составляла 0.0244 МГц. Спектрограммы наблюдаемых источников калибруются с помощью генератора шума (ГШ). В свою очередь ГШ привязывается к потокам калибровочных источников на небе, и величина его сигнала хорошо откалибрована в единицах антенной температуры
(К). Таким образом, каждая спектрограмма представляет собой зависимость регистрируемого шумового сигнала в каждом канале, выраженного в единицах антенной температуры, от номера соответствующего канала. Полученные наблюдательные данные обрабатывались с использованием программных пакетов, разработанных в ПРАО. С помощью этого пакета программ осуществляется управление телескопом, а также визуализация, сбор и хранение получаемых во время наблюдений спектральных данных. В обработке данных использовался также программный пакет "ORIGIN". Оригинальные сканы непрерывного спектра вышеуказанных калибровочных источников, полученные из наблюдений, представлены на рис. 1. По осям абсцисс и ординат отложены номера регистрируемых каналов спектрального скана и антенная температура шумового сигнала, регистрируемого от исследуемого источника, в каждом канале, выраженная в шкале градусов Кельвина, соответственно.
14
О 11
о 11
Dr 21, 15.11.2021, 15:57:56 a = 20h39m, 5 = +42°19'jd2ooo
NGC7027, 24.03.2022,3:13:36 a = 21h07m, 8 = +42°14'jd2ooo
iiitoulflL^jJU^Luiiiiftl^^ imybiLl уЩ и J "ЧГ'НЦУ flbui MtorfiiifcA
11«ffl1 i^nriiWH'* r*1 и^т^г vTT^ * l^^MWTrT*?1»*»p^|чif i"wp(M/fmrHpxr тnvW ™' n ' i ▼ ниГ
3C123, 22.03.2022,21:29:35 a = 04h33m, 8 =+29°.5'jd2ooo
WynrnrT1* fflfqi ЧтртИ тГ*| I n| n(T
512
1024 N каналов
1536
2048
Рис. 1: Вид непрерывных спектров калибраторов ОЯ21, N007027, 30123 в полосе 50 МГц.
В левой верхней части каждого из трех сканов указаны название объекта, дата и время регистрации скана. Правая верхняя часть сканов отражает координаты наблюдаемого объекта на эпоху 2000 года. В результате проведенного мониторинга трех калибровочных источников было получено ~650 спектральных сканов. С учетом помех разного рода в окончательную обработку было взято меньше - 440 сканов. Длительность сессии (наблюдения одного скана) была от 10 до 40 минут.
Таблица 1
Результаты расчета эффективной площади телескопа ЯТ-22 ПРАО по наблюдениям калибровочных источников БЯ21, N007027, 3С123
Дата, калибровочный источник Кол-во сканов Та, К (средняя) Аэфф., м2
1 2 3 4
БЯ21 26.10.2021 13 1.13 ± 0.07 164
27.10.2021 12 1.20 ± 0.06 174
28.10.2021 21 1.12 ± 0.04 162
15.11.2021 8 1.25 ± 0.02 181
16.11.2021 18 1.24 ± 0.03 180
17.11.2021 8 1.42 ± 0.03 206
17.12.2021 24 1.09 ± 0.06 158
18.12.2021 6 1.13 ± 0.10 164
21.03.2022 3 1.37 ± 0.01 199
22.03.2022 11 1.24 ± 0.13 180
25.03.2022 15 1.21 ± 0.04 176
18.04.2022 3 1.16 ± 0.05 168
19.04.2022 19 1.35 ± 0.03 196
13.05.2022 20 1.44 ± 0.05 209
РЕЗУЛЬТАТ 181 1.28 ± 0.03(2.5%) 186 ± 5(~ 3%)
N007027 17.12.2022 5 0.30 ± 0.05 141
18.12.2021 18 0.29 ± 0.03 136
19.12.2021 4 0.42 ± 0.02 197
22.03.2022 10 0.38 ± 0.02 179
24.03.2022 35 0.38 ± 0.02 179
25.03.2022 20 0.44 ± 0.06 207
19.04.2022 12 0.28 ± 0.02 132
20.04.2022 12 0.37 ± 0.02 174
12.05.2022 3 0.39 ± 0.29 183
Продолжение Таблицы 1
РЕЗУЛЬТАТ 119 0.36 ± 0.02(5%) 170 ± 9(5%)
3С123 27.10.2021 6 0.18 ± 0.04 134
28.10.2021 2 0.17 ± 0.13 126
15.11.2021 8 0.23 ± 0.03 171
16.11.2021 25 0.21 ± 0.02 156
17.11.2021 26 0.18 ± 0.02 134
18.11.2021 13 0.19 ± 0.02 141
21.03.2022 7 0.20 ± 0.02 149
22.03.2022 6 0.20 ± 0.01 149
23.03.2022 9 0.20 ± 0.02 149
24.03.2022 8 0.34 ± 0.07 253
19.04.2022 14 0.21 ± 0.02 156
11.05.2022 8 0.21 ± 0.06 156
12.05.2022 4 0.36 ± 0.10 267
13.05.2022 4 0.23 ± 0.07 171
РЕЗУЛЬТАТ 140 0.21 ± 0.02(9%) 156 ± 12(~ 8%)
ИТОГ:
По 3 калибров. источникам В обработку взято 440 175 ± 9(5%)
Результаты обработки. Расчет эффективной площади телескопа РТ-22 осуществлялся по известной в радиоастрономии формуле: Аэфф. = 2К • Та/^, где К - постоянная Больцмана, Та - антенная температура калибровочного источника, расчет которой производится на основе спектрограммы, полученной из наблюдений, Ги - плотность потока в полосе частот в Янских, взятая из каталога калибровочных радиоисточников [3]. Результаты проведенных расчетов эффективной площади РТ-22 собраны в табл. 1. В первой колонке таблицы указано название калибровочного источника и дата наблюдений. Во второй колонке представлено количество спектральных сканов, взятых в обработку в соответствующую дату наблюдений для каждого из трех источников. Третья, четвертая колонки содержат средние значения антенной температуры калибровочных
источников, величину эффективной площади антенны, а также точность расчета этих двух параметров, полученных в соответствующую дату наблюдений. В табл. 1 в строке "РЕЗУЛЬТАТ" для всех трех калибровочных источников приведено общее количество спектральных сканов, полученных за время наблюдательного мониторинга (октябрь 2021 г. - май 2022 г.). Указанная строка содержит также усредненное значение антенной температуры выбранных калибровочных источников, эффективной площади телескопа и ошибки расчета этих параметров по данным наблюдений, взятых в обработку. Знание эффективной площади радиотелескопа позволяет оценить флуктуационную чувствительность антенны (ага). Согласно формуле радиометрического выигрыша:
= (К • ТзУз.)/(Аэфф. • v/AV • т),
где К - постоянная Больцмана, Т8у8. - суммарная шумовая температура, компоненты которой - шумы приемника и антенны. Аэфф. - эффективная площадь телескопа, АV - полоса принимаемых частот, т - время накопления сигнала. Исходя из полученной величины средней эффективной площади Аэфф. = 175 м2, а также известных характеристик приемной аппаратуры (Т8у8.= 80 К, полоса приема 50 МГц), было оценено, что на уровне С/Ш >7 на РТ-22 можно наблюдать на частоте 22 ГГц источники с плотностью потока до 26 мЯн (накопление 10 минут), а при времени накоплении сигнала 1 час - источники с плотностью потока ~11 мЯн.
Длительный наблюдательный мониторинг трех калибровочных источников ВИ,21, 3С123, N007027, проведенный с октября 2021 г. по май 2022 г., позволил оценить величину эффективной площади антенны РТ-22. Текущее значение этого параметра радиотелескопа 175 м2. Оценка флуктуационной чувствительности РТ-22 показывает следующее. При времени накопления 10 мин регистрируемая плотность потока исследуемых источников на частоте 22 ГГц достигает 26 мЯн. С увеличением времени накопления (порядка 1 часа) становятся доступными для наблюдений более слабые источники с плотностью потока до ~11 мЯн.
В заключение хочу поблагодарить С. А. Тюльбашева за обсуждение результатов и ценные замечания в процессе написания статьи. Выражаю благодарность А. П. Ци-вилеву за помощь в ходе выполнения наблюдений на телескопе РТ-22. Также благодарю А. М. Толмачева за полезные советы в ходе выполнения работы. Приношу искреннюю благодарность рецензентам за комплекс замечаний, улучшивших представленную работу.
ЛИТЕРАТУРА
[1] H. Terasranta, M. Tornikoski, A. Mujunen, et al., Astron. Astrophys. Suppl. Ser. 132, 305 (1998). DOI: 10.1051/aas:1998297.
[2] B. J. Rickett, Ann. Rev. Astron. Astrophys. 28, 561 (1990). DOI: 10.1146/ annurev.aa.28.090190.003021.
[3] J. W. M. Baars, R. Genzel, I. I. K. Pauliny-Toth, A. Witzel, A&A 61, 99 (1977). https://scholar.google.com/citations?user=2B2eBRgAAAAJ&hl=ru.
[4] Р. Л. Сороченко, И. И. Берулис, В. А. Гусев и др., Труды ФИАН 159, 54 (1985). https://proceedings.lebedev.ru/0159-1985/
Поступила в редакцию 20 сентября 2022 г.
После доработки 24 октября 2022 г. Принята к публикации 25 октября 2022 г.
