метровый радиотелескоп в Грин-Бэнк

Авторы: NRAO, NSF

Пояснение: Самый большой полноповоротный параболический радиотелескоп вступил в строй в августе 2000 г. в Грин-Бэнк, Западная Вирджиния, США. Названный в честь Роберта С. Берда, телескоп весит более чем в 30 раз больше Статуи Свободы, однако он может быть направлен в любую точку на небе с точностью, превосходящей одну тысячную градуса. Основная антенна так велика, что в ней можно было бы играть в футбол. Она позволяет услышать самый слабый "шепот" квазаров, разбросанных во Вселенной. Любой может предложить задачу для телескопа Грин-Бэнк, однако официальные предложения подлежат конкурсной оценке. Большой размер и передовая конструкция телескопа Грин-Бэнк позволяют ему исследовать радиоволны, излучаемые кометами, планетами, пульсарами, далекими галактиками и ранней Вселенной.

Аресибо: крупнейший телескоп

Авторы: Национальный астрономический и ионосферный центр , Корнельский университет , Национальный научный фонд

Пояснение: Радиотелескоп Аресибо в настоящее время является крупнейшим телескопом в мире, состоящим из одной антенны. Этот 305-метровый радиотелескоп расположен в естественной долине в Пуэрто Рико . Радиотелескоп начал работать в 1963 году. Телескоп Аресибо использовался во многих астрономических исследовательских проектах , включая поиск и исследование пульсаров , получение карты распределения атомарного и молекулярного газа в Галактике и во всей Вселенной . Так как антенна Аресибо может также посылать радиоволны, то она была использована для радиолокации планет нашей Солнечной системы , и даже для передачи сообщений в те участки нашей Галактики, в которых могут существовать внеземные цивилизации . На телескопе может работать любой человек, заранее предоставивший свою программу исследований , которая была одобрена специальной комиссией.

Рис. 4. Наблюдаемое распределение линейно поляризованной составляющей излучения двойного радиоисточника 3С 219. Длина и направление черточек показывают величину поляризованной части излучения (шкала приведена внизу слева) и направление, характеризующее направление магнитных полей. В структуре источника видны уярчения у внешних краев компонентов ("горячие пятна") и "хвосты", тянущиеся от них к галактике.

В 1951 г. амер. астрономы У. Бааде и Р. Минковский отождествили мощный радиоисточник в созвездии Лебедя с далкой галактикой (радиогалактика Лебедь А). Вскоре были отождествлены радиоисточники с галактиками NGC 4486 (Дева А), NGC 5128 (Кентавр А) и др., началось всестороннее исследование радиогалактик. В 1953 г. обнаружена двойная структура источника в радиоаглактике Лебедь А, оказавшаяся типичной для многих внегалактич. радиоисточников (см. Радиогалактики).

В конце 50-х - начале 60-х гг. был проведен ряд детальных обзоров неба, что позволило обнаружить значит. чмсло дискретных радиоисточников. Отметим Кембриджские (Великобритания) обзоры неба и соответствующие каталоги радиоисточников, обзоры, проведенные в Австралии (MSH и PKS) и США (обзор Нац. радиоастрономич. обсерватории NRAO, Калифорнийского технологич. института - CT, Огайского университета - O и др.). Интерферометрич. методами уточнялись координаты источников, что позволило сделать надежные оптич. отождествления, приведшие к ряду открытий. Число известных (содержащихся в каталогах) дискретных радиоисточников достигло неск. десятков тыс. Абсолютное большинство их - внегалактические. Поскольку радиоастрономич. методы дают возможность проникнуть во Вселенную значительно глубже, чем оптические, можно надеятся на решение радиоастрономией ряда космологич. проблем. Попытки такого рода, основанные на подсчетах радиоисточников и анализе зависимости их числа N от наблюдаемого потока (построение кривых ), пока не дали однозначного ответа на вопрос о строении Вселенной. Следует отметить тем не менее, что радиоастрономич. наблюдения свидетельствуют о высокой степени изотропии видимого распределения внегалактич. радиоисточников по небу (подтверждая предположение о крупномасштабной изотропии мира), а также о нехватке числа источников с малыми потоками (по сравнению с тем числом, к-рое можно было бы ожидать при их однородном пространственном распределении, напр. в статической евклидовой модели Вселенной; см. Космология).

Важным достижением теоретич. Р. было установление в 50-е гг. синхротронной природы радиоизлучения многих космич. радиоисточников. Изучение распределения радиояркости и областей, обнаруживающих нестационарность радиоизлучения, дает информацию о вероятных источниках космич. лучей. Достаточно зорошо разработанный теоретич. аппарат позволяет по наблюдаемым параметрам синхротронного радиоисточника (поток излучения, размеры источника) оценивать напряженность магн. поля, концентрацию релятивистских электронов, полное энергосодержание (энергетику) радиоисточников.

Особенно богатыми на открытия в Р. были 60-е годы. В 1963 г. ряд интенсивных радиоисточников был отождествлен с далекими звездообразными оптич. объектами - квазарами. Методами оптич. спектроскопии было установлено, что они имеют значит. красные смещения эмиссионных линий (известны квазары с красным смещением до 3,7) и, следовательно, находятся на больших космологич. расстояниях. Большой интерес, обусловивший всестороннее интенсивное исследование этих необычных объектов, объясняется их необычно мощным эл.-магн. излучением в широчайшем диапазоне длин волн - от радиоволн до рентгеновских, а также тем обстоятельством, что они явл. своеобразными пространств. реперами во Вселенной.

В том же году было открыто излучение в радиолиниях гидроксида OH ( см). Дальнейшие исследования этого излучения показали, что оно обусловлено мезарным механизмом, а источниками явл. очень компактные, богатые молекулами газопылевые комплексы вблизи зарождающихся звезд (см. Мазерный эффект, Звездообразование).

В 1964 г. были открыты предсказанные Н.С. Кардашевым радиолинии возбужденного водорода (см. Рекомбинационные радиолинии) и радиоастрономы получили новый эффективный методисследования областей ионизованного водорода (зон HII) как в нашей, так и в др. галактиках.

В 1965 г. было сделано одно из фундаментальных открытий Р. - обнаружено реликтовое радиоизлучение (см. Микроволновое фоновое излучение). Это радиоизлучение свидетельствует, что в прошлом расширяющаяся Вселенная была плотной, имела очень высокую темп-ру вещества, находившегося в равновесии с излучением (см. Модель горячей Вселенной).

В том же году было сделано еще одно интересное и неожиданное открытие - обнаружена переменность радиоизлучения квазаров и радиогалактик (рис. 5), связанная с мощными выбросами излучающего вещества из активных ядер этих объектов (см. Ядра галактик). С этого времени проводятся систематические исследования вариаций потока, а также изменений степени и позиционного угла линейно поляризованной составляющей радиоизлучения.

В 1967 г. англ. радиоастрономами (Дж. Белл, М. Райл, Э. Хьюиш и др.) были открыты галактич. радиоисточники с импульсным характером излучения - пульсары. Детальные исследования особенностей радиоизлучения пульсаров, наряду с развитием теоретич. представлений об этих объектах, позволили надежно установить, что они представляют собой быстровращающиеся нейтронные звезды. Была установлена связь пульсаров с остатками взрывов сверхновых звезд.

Рис. 5. Первые наблюдения переменного радиоизлучения квазаров 3С 273, 3С 454.3 и радиогалактик 3С 120, 3С 84 на волне 2 см. По осям отложены поток излучения в Ян и время (годы) наблюдений.

В 1969-71 гг. методом интерферометрии со сверхдлинными базами было обнаружено явление видимого (кажущегося) сверхсветового расширения структур в ядрах квазаров и радиогалактик. Как показали дальнейшие детальные исследования, это расширение носит характер быстрого относит. движения (разделения) отдельных компонентов структуры. Видимая скорость разлета компонентов варьируется в различных объектах от 4-6 c до 12-20 c. На рис. 6 приведена структура околоядерного радиоисточника в квазаре 3C 345 [красное смещение z=0,59, расстояние при постоянной Хаббла H=100 км/с/Мпк, ок. 1800 Мпк], а на рис. 7 характер систематич. увеличения углового расстояния между его компонентами с 1969 по 1977 гг.

Рис. 6. Структура компактного околоядерного радиоисточника в квазаре 3С 345, наблюдавшаяся в июле 1975 г. на волне 2,8 см.

Ср. угловая скорость разделения источников составляла 0,17 мс дуги в год, что соответствует видимой скорости разлета ок. 6 c. Имеются разнообразные теоретич. модели, объясняющие это явление. Наиболее вероятными явл. выбросы с релятивистскими скоростями отдельных "плазмонов" (структур, содержащих магн. поля, плазму и релятивистские частицы) из активных ядер объектов, либо инжекция отдельных сгустков релятивистских частиц в регулярно расширяющуюся трубку магн. поля в полосе его биполярной структуры. При достаточно малых углах между лучом зрения и скоростью сгустков ( ) излучающего вещества видимая (наблюдаемая) скорость движения с проекции на картинную плоскость может быть во много раз больше скорости света из-за того, что фактор . Отметим, что явление видимого сверхсветового разлеления (разлета) копмактных околоядерных радиоструктур тесно связано с наблюдаемой переменностью радиоизлучения.

Рис. 7. Зависимость от времени углового расстояния между двумя компонентами околоядерного источника в квазаре 3С 345.

В 70-е гг. не было таких ярких открытий, как в 60-е, хотя исследования космоса методами Р. продолжались с нарастающей интенсивностью. Следует отметить проведение ряда глубоких обзоров локальных областей неба, позволивших обнаружить радиоисточники с потоками вплоть до неск. десятков и даже единиц мЯн: обзор 5C (Кембридж, Великобритания), обзор на радиотелескопе РАТАН-600 (СССР). Обзоры показали заметный дефицит радиоисточников с малыми потоками. Это, по-видимому, явл. важным указанием на то, что имеющимися обзорами исчерпываются все мощные далекие внегалактич. радиоисточники (квазары, радиогалактики), вплоть до горизонта Вселенной.

Следует отметить также обнаружение в межзвездной среде линий радиоизлучения большого числа молекул, в т.ч. сложных органических (см. Молекулы в межзвездной среде).

Важные результаты радиоастрономич. исследований связаны с изучением объектов Метагалактики. Совокупность данных наблюдений свидетельствует о тмо, что в мощных внегалактич. радиоисточниках (квазарах, радиогалактиках), часто обладающих двойной структурой, областями выделения энергии явл. их активные ядра. Характер структуры и магн. поля раидоисточников, наряду с наличием центарльных околоядерных переменных источников излучения, свидетельствует о существовании какого-то механизма переноса энергии из ядер в компоненты двойных структур, в область их "горячих пятен", а уже них - в протяженные образования типа "хвостов" и "мостов". Однако до сих пор неясно, в какой форме и как передается эта энергия.

Методом апертурного синтеза в ряде двойных радиоисточников были найдены узконаправленные (коллимированные) выбросы излучающей материи. Эти выбросы тянутся непосредственно от ядер к одному из компонентов двойной структуры. Явление одностороннег овыброса иллюстрирует рис. 8, где показана общая сложная структура радигалактики NGC 6251. Интересен односторонний видимый характер выбросов (всегда контрастно видна одна струя, тянущаяся к одному из двух компонентов). Это можно объяснить либо релятивистской скоростью движения струй, как целого, когда из-за Доплера эффекта более интенсивной и потому легче наблюдаемой явл. струя, движущаяся к наблюдателю, либо анизотропным излучением релятивистских электронов, движущихся от ядер к периферии в "каналах", образованных крупномасштабным магн. полем.

Рис. 8. Структура двойного радиоисточника в радиогалактике NGC 6251 (а); гигантского выброса, тянущегося от ядра галактики к одному из компонентов и расположенного в отмеченной эллипсом области (б); а также околоядерного источника (в). Около каждого радиоизображения указан соответствующий ему масштаб.

При большом объеме материала, накопленного за десятилетия наблюдений, мы еще далеки от правильного понимания большей части явлений, происходящих в различных радиоисточниках. В частности, неясна природа активных ядер, ускорения релятивистских частиц и их "канализации" в протяженные радиоструктуры, природа магн. полей и т.п. Р. располагает значит. количеством сведений об интегральных характеристиках радиоисточников (спектрах, светимостях, поверхностной яркости, структуре, энергосодержании и т.д.), существуют соотношения между параметрами радиоисточников, к-рые имебт эволюционный смысл. Однако отдельные, известные детали еще не созлают полной картины и предстоит длительная работа, чтобы соединить все звенья в единую цепь представлений о природе и эволюции космич. радиоисточников.