Спектральные исследования динамики газовых облаков в сейфертовских галактиках и в галактиках с hii–областями

В подразделе 3.3 представлены профили широкой компоненты линии H СГ NGC4151 за период 1976-2009гг. (Рисунок 1). На Рисунке 1 для каждого профиля указано время, полученное путём осреднения середин экспозиций спектрограмм, из суммы которых был получен данный профиль (верхняя часть «кадра»). Среднее время указано в годах с долями. Профили даны в линейной шкале длин волн, приведённой к системе длин волн наблюдаемой галактики. Диапазон длин волн: 6260 (левая граница «кадра») – 6840 (правая граница «кадра»). Тонкие вертикальные линии в «кадре» указывают лабораторные (несмещённые) положения характерных для СГ эмиссий атомов и ионов: [OI]6300, [OI]6364 [NII]6548, (H)6563, [NII]6583, [SII]6716, [SII]6731 (отсчёт линий в «кадре» – слева направо). Из наблюдаемого профиля вычтены узкая компонента линии H и линии [NII]. По оси ординат в каждом «кадре» – интенсивность излучения в относительных единицах. Левый нижний угол в каждом «кадре» соответствует её нулевому значению. Для масштабирования профиля широкой компоненты линии H на Рисунке 1 оставлен дублет [SII].

Рисунок 1 – Профили широкой компоненты линии H СГ NGC4151 за период с 1976 по 2009гг.

В подразделе 3.4 рассмотрен метод исследования интегральных потоков в симметричных интервалах широкой компоненты эмиссионных линий. Применение этого метода для исследования изменений профиля широкой компоненты линии Н СГ NGC4151 в 1970–2009гг. включало следующие этапы:

1. Все имеющиеся в распоряжении профили широкой компоненты линии Н СГ NGC4151 делились на двенадцать равных интервалов шириной в 21.9, по шесть в обе стороны от центра узкой компоненты линии H. Если расстояние от узкой компоненты линии H до границы соответствующего интервала принять за доплеровское смещение, то каждой границе интервала можно сопоставить определённую лучевую скорость. При ширине каждого интервала в 21.9 границам интервалов соответствуют лучевые скорости: 0, ±1000км/с, ±2000км/с, ±3000км/с, ±4000км/с, ±5000км/с, ±6000км/с (Рисунок 2).

Границы интервалов соответствуют доплеровским смещениям относительно узкой компоненты линии H СГ NGC 4151, выраженным в лучевых скоростях (единица измерения – км/с): -6000 (f) -5000 (e) -4000 (d) -3000 (c) -2000 (b) -1000 (a) 0 (a') 1000 (b') 2000 (c') 3000 (d') 4000 (e') 5000 (f') 6000.

Рисунок 2 – Положение 12 интервалов: (a) – на суммарном наблюдаемом профиле (H + [NII]); (b) – на профиле широкой компоненты линии H

2. В каждом интервале вычитался континуум.
3. Для каждого интервала профиля измерялся поток (в относительных единицах). Определялись отношения потоков в синем крыле к потокам в красном крыле (FН-син../FН-кр.) для каждой пары симметричных интервалов.

Результат представлен в виде шести графиков с единой шкалой дат (Рисунок 3), на которых приведены зависимости от времени отношений потоков в синем крыле к потокам в красном крыле (FН-син../FН-кр.) в симметричных интервалах широкой компоненты линии H в СГ NGC4151 за период 1970-2009гг. Большая часть отношений потоков получена из спектрограмм, отснятых нами в 1976-2009гг. В качестве дополнительного материала использованы результаты спектральных наблюдений, опубликованные другими авторами. Цифрами обозначены отношения потоков, взятых из профилей линии H, приводимых Anderson [3, 4] – 1, 2, Boksenberg et.al. [5] – 3, Schmidt and Miller [6] – 4, Antonucci and Cohen [7] – 5.

(a) F(-10000)/F(01000); (b) F(-2000-1000)/F(10002000);

(с) F(-3000-2000)/F(20003000); (d) F(-4000-3000)/F(30004000);

(e) F(-5000-4000)/F(40005000); (f) F(-6000-5000)/F(50006000).

Рисунок 3 – Изменение величины FН

-син./FН-кр. в шести симметричных интервалах широкой компоненты линии H в СГ NGC4151 (стрелками обозначены временные сдвиги середин 1-го и 3-го максимумов)

В подразделе 3.5 рассмотрена предложенная автором физическая интерпретация, связывающая отклонение величины FН-син./FН-кр. от единичного уровня с дополнительным излучением или поглощением облаков газа, двигающихся по кеплеровским орбитам вокруг центрального фотоионизующего источника. В соответствии с этой интерпретацией выделены три глобальных максимума на графиках зависимости (FН-син./FН-кр.) от времени (Рисунок 3), которые свидетельствуют о том, что в период 1970–2009гг. вблизи центрального фотоионизующего источника пролетели три крупных газовых облака. В рамках модели газовых облаков, двигающихся с параболическими скоростями, по временным сдвигам первого и третьего максимумов на графиках FН-син./FН-кр. найдены динамические характеристики двух газовых облаков. Приведены оценки их размеров.

В подразделе 3.6 рассмотрены типы спектральной переменности СГ, несвязанные с динамикой газовых облаков. Выдвинуто предположение о том, что причиной быстрых (в течение нескольких дней) и сверхбыстрых (на временных промежутках в 20–30 мин) изменений контуров широких компонент эмиссионных линий СГ является эффект реверберации. В рамках этого предположения даётся объяснение всплеску излучения широкой компоненты линии H в СГ Mrk1095, наблюдавшегося соискателем в октябре-декабре 1989г. Дана интерпретация обнаруженного соискателем сверхбыстрого изменения контура широкой компоненты линии H в СГ Mrk474, имевшего место в ночь с 25 на 26 апреля 1999г.

В четвёртом разделе рассматриваются два новых метода широкощелевой (бесщелевой) спектроскопии галактик с протяженными НII–областями, которые являются модификациями «реверсивного метода определения лучевых скоростей звёзд» [1,с.346], и метода «спектроскопии вращающихся планет с высоким разрешением» [2,с.382]. Приводятся результаты их применения к галактике NGC3310.

В подразделе 4.1 рассмотрена модификация «реверсивного метода определения лучевых скоростей звёзд» [1,с.346]. Приведены результаты его применения к галактике NGC3310. Получены лучевые скорости двух эмиссионных облаков в центральной части этой галактики.

В пункте 4.1.1 показано устройство бесщелевого спектрографа. Рассмотрен «реверсивный метод определения лучевых скоростей звёзд» с использованием призменной камеры.

В пункте 4.1.2 рассмотрены принципы «работы» классического и разработанного нами реверсивного методов определения относительных лучевых скоростей элементов сложного эмиссионного объекта.

В пункте 4.1.3 приведены результаты применения реверсивного способа широкощелевой (бесщелевой) спектроскопии для исследования поля скоростей в галактике NGC3310. Представлен алгоритм обработки дисперсных изображений галактики для получения относительных лучевых скоростей каждого эмиссионного элемента галактики. С использованием этого алгоритма вычислены относительные лучевые скорости двух эмиссионных облаков в центральной части галактики.

В подразделе 4.2 предложен новый метод высокого пространственного разрешения в направлении дисперсии спектрографа, который является модификацией метода «спектроскопии вращающихся планет с высоким (спектральным) разрешением» [2,с.382]. Эффективность модифицированного метода проиллюстрирована на примере его применения к галактике NGC3310.

В пункте 4.2.1 приведена широко применяемая методика исследования тонкой пространственной структуры спектральными методами. Указаны её недостатки.

В пункте 4.2.2 описан метод «спектроскопии вращающихся планет с высоким (спектральным) разрешением» [2,с.382]. Рассмотрена возможность его применения при наблюдении галактик с протяженными НII–областями.

В пункте 4.2.3 изложен первый этап его модификации – использование вышеуказанного метода для достижения высокого спектрального разрешения при спектроскопии галактик.

В пункте 4.2.4 показан второй этап модификации – достижение сверхвысокого пространственного разрешения деталей дисперсного изображения при наблюдении галактик.

В пункте 4.2.5 приведены результаты широкощелевой спектроскопии спиральной галактики NGC3310. Показано влияния позиционного угла (ПУ) щели спектрографа на пространственное разрешение элементов дисперсного изображения центральной части галактики NGC3310. На примере спектроскопии этой галактики показана возможность достижения сверхвысокого пространственного разрешения в направлении дисперсии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе

1. Проанализированы уникальные по охваченному временному диапазону ряды наблюдений (1970–2009гг.), причём значительная часть спектрограмм была получена соискателем (результаты наблюдений с 1989 по 2009гг.).
2. Получены зависимости от времени отношений потоков в синем крыле к потокам в красном крыле (FН-син./FН-кр.) в шести симметричных интервалах широкой компоненты линии H СГ NGC4151 на промежутке 1970-2009гг. Выделены три глобальных максимума на графиках зависимости FН-син./FН-кр. от времени. Показано, что отклонение значения (FН-син./FН-кр.) от единичного уровня связано с дополнительным излучением или поглощением облаков газа, движущихся по кеплеровским орбитам вокруг центрального фотоионизующего источника. Сделаны оценки динамических характеристик вышеупомянутых газовых облаков и приведены оценки их размеров.
3. Рассмотрены типы спектральной переменности СГ, не связанные с динамикой газовых облаков. Выдвинуто предположение о том, что причиной быстрых (в течение нескольких дней) и сверхбыстрых (на временных промежутках в 20–30 мин) изменений контуров широких компонент эмиссионных линий СГ является эффект реверберации. В рамках этого предположения даётся объяснение всплеска излучения в широкой компоненте линии H в СГ Mrk1095, наблюдавшегося соискателем в октябре-декабре 1989г. Дана интерпретация обнаруженного соискателем сверхбыстрого изменения контура широкой компоненты линии H в СГ Mrk474, имевшего место в ночь с 25 на 26 апреля 1999г.
4. Предложена модификация классического «реверсивного метода определения лучевых скоростей звёзд». Модифицированный метод позволяет быстро и точно определять относительные лучевые скорости газовых облаков в галактиках с HII–областями и, следовательно, эффективно изучать поле скоростей в указанном типе галактик. Приведены результаты его применения к галактике NGC3310. Получены лучевые скорости для двух эмиссионных облаков в центральной части этой галактики.
5. Предложена модификация метода «спектроскопии вращающихся планет с высоким (спектральным) разрешением». Этот модифицированный метод позволяет детально исследовать пространственные структуры галактик с HII–областями. Приведены результаты его применения к галактике NGC3310. Получена пространственная структура двух газовых облаков.

Рекомендации по конкретному использованию результатов диссертации

1. Контуры широкой компоненты линии H СГ NGC4151, полученные автором с 1989 по 2009гг., могут быть использованы для получения новых данных по динамике газовых облаков в центральной части этой СГ.
2. Модифицированный метод определения лучевых скоростей может быть использован для исследования поля скоростей в любых эмиссионных объектах сложной структуры, например, в галактиках с HII–областями, разных типах эмиссионных туманностей, остатках взрывов сверхновых и новых звёзд.
3. Модифицированный метод сверхвысокого пространственного разрешения в направлении дисперсии может быть использован для детального исследования структур различных объектов с HII–областями.

Список использованных источников

1. Михайлов А.А. Курс астрофизики и звёздной астрономии. – М.: Наука, 1973. – Т.1. – 608 с.
2. Deeming T.J., Trafton L.M. High Resolution Spectroscopy of Rotating Planets // Applied Optics. – 1971. – Vol.10, №2. – P.382-385.
3. Anderson K.S. On the interpretation of the H profile of the Seyfert galaxy NGC 5548 // Ap.J. – 1971. – Vol.169. – P.449-453.
4. Anderson K.S. The absorption-line spectrum of NGC 4151 // Ap.J. – 1974. – Vol.189. – P.195-203.
5. Boksenberg A., Shortridge K., Allen D.A., et.al. New observations of the optical spectrum of the Seyfert galaxy NGC 4151 // MNRAS. – 1975. – Vol.173. – P.381-396.
6. Schmidt G.D. and Miller J.S. The spectrum and polarization of the nucleus of NGC 4151 // Ap.J. – 1980. – Vol.240. – P.759-767.
7. Antonucci R.R.J. and Cohen R.D. Time development of the emission lines and continuum of NGC 4151 // Ap.J. – 1983. – Vol.271. – P.564-574.

Список опубликованных работ по теме диссертации