В Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) получены первые двумерные карты распределения индексов межпланетных мерцаний нескольких тысяч радиоисточников. Этот и другие результаты были достигнуты в ходе масштабной работы по изучению турбулентности астрофизической плазмы.
Среди свойств межзвёздной плазмы особое место занимает турбулентность. Исследование этого процесса осложняется тем, что хаотическим изменениям одновременно подвержены многие его параметры: плотность, скорость движения, магнитное поле и др. – причём на всех доступных для измерений масштабах. Вместе с тем, турбулентность можно исследовать количественно. Так, её спектр измеряется на основе анализа наблюдений проходящих через плазму радиоволн. Подходящими источниками для исследования турбулентности межзвездной плазмы служат пульсары – их излучение регистрируется на Земле радиотелескопами.
Турбулентность в межзвёздной среде и в потоке исходящей от Солнца плазмы, – солнечном ветре, – исследуется, в частности, с помощью метода мерцаний (подробнее о нём – в нашем недавнем материале). В Пущинской радиоастрономической обсерватории Астрокосмического центра (ПРАО АКЦ) ФИАН этот метод развивается с 1970-х годов. За десятилетия его применения собрано много наблюдательных данных.
В 2002–2008 годах в рамках международного проекта специалисты Пущинской обсерватории сделали важный шаг в количественном изучении турбулентности межзвездной плазмы, экспериментально установив, что её спектр в широком диапазоне масштабов, от тысяч километров до сотых долей парсека, имеет степенной вид (про эту работу мы рассказывали здесь). Вместе с тем, учёные пока не пришли к единой модели турбулентности.
Приблизиться к ней помогает новая работа пущинских физиков. Они изучили мерцания нескольких тысяч компактных радиоисточников, а также измерили параметры радиоизлучения аномальных пульсаров и компактных источников в ядрах активных галактик.
На фото: БСА ФИАН
Наблюдения проводились на Большой сканирующей антенне (БСА) ФИАН – крупнейшем и самом чувствительном в мире радиоастрономическом инструменте в метровом диапазоне длин волн, а также с помощью космического интерферометра проекта «Радиоастрон» и крупных наземных радиотелескопов. Поясняет ведущий научный сотрудник ПРАО АКЦ ФИАН Владимир Иванович Шишов:
«Регистрация мерцаний нескольких тысяч радиоисточников шла ежедневно в течение 24 часов: они наблюдались на обновлённой диаграмме телескопа, с 96 лучами. Параллельно мы разрабатывали специальные методы анализа собранных данных и программное обеспечение».
В результате учёные измерили карты распределения индексов межпланетных мерцаний радиоисточников в полоске неба с экваториальными координатами: 50 градусов по склонению и 24 часа по прямому восхождению. Распределение индексов позволило сделать выводы о пространственном распределении плотности межпланетной плазмы. В среднем она сильно возрастает при приближении к Солнцу. В период максимума солнечной активности структура распределения плотности близка к сферически-симметричной. В отдельные дни на фоне среднего распределения зафиксированы распространяющиеся от Солнца возмущения, вызванные вспышками на Солнце.
Карта распределения индекса мерцаний
(бóльшему значению индекса соответствует более тёмный цвет)
Среднемесячная карта распределения индексов межпланетных мерцаний, апрель 2014 года
(изображения предоставлены В.И. Шишовым)
Учёные изучили и распределение статистических параметров межзвёздной турбулентной плазмы в Галактике. В.И. Шишов:
«Турбулентность в спиральных рукавах Галиктики усиливается вблизи остатков вспышек сверхновых, а также в окрестности центра Галактики. Кроме того, мы исследовали межзвёздную плазму в направлении пульсара B0950+08 и впервые установили, что в этом направлении существуют два слоя турбулентной плазмы, которые и определяют параметры мерцаний. Эти слои находятся на расстояниях от 2 до 8 парсеков и от 40 до 130 парсеков от наблюдателя».
Специалисты также провели наблюдения нескольких групп аномальных пульсаров и исследовали изменение параметров их радиоизлучения, а также изучили физические условия в активных ядрах галактик CTA 21 и OF +247. Выяснилось, что почти всё излучение этих источников сосредоточено в их компактных (порядка 100 парсеков) компонентах. Ранее считалось, что эти галактики – компактные радиооблака. Сравнив плотность энергии магнитного поля и плотность энергии частиц в разных районах источников, учёные пришли к выводу, что эти радиогалактики практически полностью являются так называемыми «горячими пятнами», то есть находятся на ранней стадии космологической эволюции.
Сама работа стала возможной благодаря модернизации радиотелескопа БСА ФИАН. Помимо нового цифрового 96-канального приёмника, в обсерватории появилась новая диаграммообразующая система, содержащей 128 лучей. Она увеличила чувствительность радиотелескопа более чем в 2 раза.
О.Овчинникова, АНИ «ФИАН-Информ»