Хэлтон Арп - Двойной радиоисточник 3C343.1: пара из галактики и квазара с сильно различающимися красными смещениями

Astronomy: Astrophysicsmanuscript N 3C343.1 25 августа 2004
arXiv:astro-ph/0401007 v 12 января 2004

Двойной радиоисточник 3C343.1: пара из галактики и квазара с сильно различающимися красными смещениями

1Астрофизический ин-т им.. Макса Планка, ул. Карла Шварцшильда 1, п/я 1317, D-85741 Гархинг, Германия, эл. почта: arp@mpa-garching.mpg.de
²Центр астрофизики и космических наук 0424, Калифорнийский университет, Сан-Диего, Калифорния 92093-0424, США, эл. почта: gburbidge@ucsd.edu

1. Введение

В последние годы было обнаружено много случаев квазаров, связанных с активными галактиками с очень маленькими красными смещениями. Публикации вообще показывают связь радиоквазаров и ярких галактик, рентгеновских квазаров и активных галактик, а также пары с оптической, радио и рентгеновской связью (Burbidge и др. 1971; Pietsch и др. 1994; Burbidge 1995, 1997, 1999; Radecke 1997; Arp 1967, 1996, 1997,1999, 2003; Arp и др. 1990, 2002).

Двумя наиболее выраженными примерами являются квазары рентгеновского излучения, лежащие очень близко к ядру NGC 3628 (Arp и др. 2002) и открытие оптических квазаров в мосту между NGC 7603 и ее сопутствующей галактикой (L´opez-Corredoira и 2002 Guti´errez).

Также показано, что во многих из известных случаев, красные смещения квазаров (z_q) связаны с красными смещениями родительских галактик (z_g) отношением:

где z_i - собственный компонент красного смещения, z_d - мера доплеровского изменения (как положительная, так и отрицательная) связанная по крайней мере частично со скоростью выбрасывания квазара из ядра галактики. Как теперь хорошо установлено, собственные компоненты красного смещения подчиняются закону Δ log(1 + z_i) = 0.089 с пиками при:

(Karlsson, 1971, 1973, 1977, 1990; Burbidge и 1967 Burbidge; Arp и др. 1990; Burbidge и Napier 2001). Для близких ярких галактик, которые представляют большинство четких примеров, z_g весьма мало, z_d также весьма мало, так что z_q ~= z_i. В этой статье мы кратко опишем свойства все же другой пары, которая намного ближе в угловом разделении, чем большинство других пока найденных случаев.

2. 3C 343.1

2.1. Оптические Свойства

Этот мощный радиоисточник из каталога 3C был первым, который был идентифицирован, и красное смещение которого было измерено (Spinrad и др., 1977). Они обнаружили сильную эмиссионную линию, которую они идентифицировали как [OII] λ 3727 в красном смещении z=0.750. Таким образом, этот объект был классифицирован как радиогалактика большого красного смещения (Spinrad и др., 1985).

Этот источник - одна из четырех радиогалактик большого красного смещения, исследованных в современное время (Tran и др., 1998) с помощью отображающего спектрографа низкого разрешения (LRIS) на 10-метровом телескопе Keck. Tran и др. нашли, что центральный спектр не показывает более высоких ионизационных линий кроме [OII] λ 3727 и [OIII] λλ 4959, 5007.

Однако они нашли, что есть второе представление системы, которое исходит из поглотительного спектра с высокими n-линиями Бальмера при поглощении вместе с [OII] λ 3727 и [OIII] λλ 4959, 5007 линиями испускания. Красное смещение этой системы - z=0.344. Они также показали что [OII] λ 3727 эмиссия при меньшем красном смещении может быть замечено приблизительно при 5′′, в то время как эмиссионная линия [OII] λ 3727 при z =0.75 простирается только по ядерной области. Таким образом они заключили, что это два отдельных объекта, каждый из которых вносит свой вклад в наблюдаемый спектр, - основная активная галактика и квазар с большим красным смещением.

2.2. Радио-свойства

На рис. 1 мы воспроизводим радио-карту 3C 343.1 (Fanti и др., 1985). Источник был также картирован на 15 и 22.5 ГГц (van Breugel и др., 1992). Эти карты показывают, что это классический двух лепестковый радиоисточник, где обычная галактика, ответственная за радиоизлучение находится между этими двумя лепестками. Однако, в 3C 343.1 мы очевидно имеем радиоизлучение галактики по одному из лепестков, и квазар, который является самостоятельным радиоисточником, причем оба эти источника приблизительно равной интенсивности.

Отношение радиоэмиссионных изофот к оптическим изофотам показывается на изображениях, опубликованных de Vries и др. (1997), где дано отображение космического телескопа им. Хаббла со множеством компактных источников выраженного спектра см. рис. 2.26 из de Vries и др. где наверху показано оптическое изображение HST/WFPC 3C 343.1, которое является двойным, выровненным (так как оно было замерено на 9o по направлению E-W, восточный компонент был более ярким). Ниже показано радиоизображение, взятое с VLBI в 0.6 ГГц, и изображение внизу рисунка показывает радио-контуры, наложенные на HST оптическое изображение. Соотношение точное, радио-контуры вписываются точно в оптическое изображение. Это ясно из того, что разделение между двумя центрами не больше, чем 0.25”.

Рис. 1. Радио-отображение в 1.6 ГГц 3C 343.1 Fanti и др. (1985). (Метки соответствуют 0.1 сек. дуги, разделение источников - приблизительно 0.25). Мы соотносим левый (восточный) лепесток галактике с z =0.34 и правый (западный) лепесток квазару с z =0.75.

2.3. Идентификация компонентов

Мы рассматриваем HST-изображение de Vries и др. (1997) также, как показано ими на главном изображении рис. 2.26. Западное (более слабое изображение) – это ясное разрешение F702W изображения WFPC2 космическим телескопом Хаббла, в то время как более яркий восточный компонент явно расширен в направлении E-W, чем в направлении N-S. Это соответствует расширению [OII] λ3727-эмиссии приблизительно углом 5”, что было обнаружено по более низкому спектру красного смещения. Можно ли объяснить это изображение единственной оптической структурой с суперпозицией с пылевым облаком поперек центра? Его краткое описание не дает никаких шансов считать это возможным. Кроме того облако пыли частично перекрывая оптическое излучение в средней части рис. 2.26 не может иметь никакого воздействия на радиоизлучение. Радиоизлучение, как показано в нижней части рис. 2.26, с сильными центральными контурами и в компоненте E, и в компоненте W, настоятельно требует наличия двух отдельных радиоисточников.

Резюмируя, скажем, что независимо от точности привязки, нет никаких вопросов в HST-изображением радиоисточника 3C343.1. Данный источник состоит из двух оптических объектов. Keck -спектры показывают два отдельных спектра, один с z = 0.34 и другой с z=0.75. Красные смещения могут быть приписаны соответствующим объектам расширением и компактностью в оптическом, спектроскопическом и радиодиапазонах. Но фактически это только дополнительное подтверждение главного пункта, что есть два объекта с сильными свидетельствами их физической ассоциации, которые имеют резко отличные друг от друга красные смещения.

Оптическую компактность объекта с z = 0.75 можно было бы квалифицировать как квазар. Но это можно было бы также назвать AGN. В любом случае это ассоциация двух объектов с совершенно разными красными смещениями.

3. Ассоциация между компонентами

В представленном случае мы знаем, что объект с z = 0.344 - галактика, так как он имеет узкие излучающие и поглощающие линии и изучен на спектрограммах (Tran и др., 1992). Кроме того, восточный компонент оптического изображения (de Vries и др. 1997) более ярок и более широк, чем западный, поскольку мы ожидаем, что именно галактика должна иметь такое красное смещение. Радиокарта высокой разрешающей способности отображает галактику с z = 0.344, где ясно видно классическое биполярное радио-выбрасывание, выходящее в противоположных направлениях из ее центра. Как и во многих случаях выбросов из галактик, наличествует квазар в конце одной или обеих струй (Burbidge 1995; Arp 1996; Arp и др. 2002; L´opez-Corredoira и 2002 Guti´errez).

В специфическом случае 3C 343.1, точная радио-карта, полученная Европейской Сетью VLBI (Fanti и др. 1985) позволяет нам действительно видеть то, что может быть сжатием радио-контуров при движении тел через окружающую среду. Рис. 1 показывает, что квазар движется от галактики точно по линии моста, соединяющего их. Вещество, эжектированное из галактики по этому направлению, однако, очевидно встречает след вещества квазара и сжато этим взаимодействием.

Эта пара квазар - галактика уникальна, потому что разделение между ними является чрезвычайно маленьким. Оба компонента видны вместе в спектре. Разделение между двумя центрами 0.25” или 2 kpc, в то время как угловой размер области оптического излучения галактики с более низким красным смещением составляет 5” или 40 kpc (Ho = 60 kmsec⁻¹Mpc⁻¹). С таким маленьким разделением радио-мост может быть обнаружен прежде, чем он исчезнет, и пара галактика/квазар принимает конфигурацию, типичную для других случаев. Было бы естественным ожидать такую конфигурацию, чтобы сначала происходило быстрое изменение радио-моста и постепенное изменение силы сигнала с разбиением на отделенные объекты. Такое развитие могло бы объяснить скорее редкую наблюдаемость радио-мостов между галактиками и их извержение.

4. Вероятности

Ввиду факта, что 3C является полным обзором ярких радиоисточников в северном полушарии, будет естественным вычислить какова возможность наблюдения двух источников, случайно попадающих близко друг к другу так, как изображено на рис. 1.

Если мы говорим, что есть 300 радиогалактик в каталоге, то полная область неба в пределах 0.25” составит πx.25²x300 = 4.5 ×10⁻⁶ квадратного градуса. Мы имеем ввиду случайное попадание одного 3C-квазара в 23 000 кв. градусов каталога плоть до Dec = −5^o.

Вероятность того, что в пределы 0.25’’ попадет любой из этих 300 радиоисточников, будет тогда 4.5 ×10⁻⁶/23, 000 =2x10⁻¹⁰.

Так как существует 50 таких 3C-квазаров, то вероятность, что какой-нибудь лежит в пределах 0.25’’, составит:

Однако эта оценка чрезмерно осторожна по двум причинам:

1) Радио-плазма, видимо, формирует непрерывный мост между галактикой и квазаром, см. рис. 1. Если это признать, то в вычислениях вероятностей нет никакого смысла. Но если мы не принимаем, что радиоматериал, связывающий их есть физический мост, мы должны оценить шанс, что радио-остаток от галактики случайно попадает в пределы меньшие на несколько порядков, чем область, приходящаяся на квазар и подобно этому от квазара назад к галактике. Это дало бы ещё большую неправдоподобность (±2/90)²= 5x10⁻⁴. Комбинированная вероятность этой конфигурации имеет шанс:

2) Далее, двойные спектры среди этих 300 могут присутствовать, но быть нераспознанными. Вполне могли быть и другие случаи, где есть более слабые или неиндентифицированные линии как в спектрах 3C343.1, которые составляют лишь четверть 3C-квазаров наблюденных с помощью Keck в работе Tran и др. (1998).

Дополнительно, есть много свидетельств для 3C-квазаров, физически ассоциированных с яркими активными галактиками. В статье 1971, на которую обычно ссылаются как на B2S2 (Burbidge, Burbidge, Strittmatter и Соломон) исследованы квазары из 3C- и 3CR-каталогов. В ней найдено, что вероятность случайной ассоциации с галактиками малого красного смещения в этой всей выборке была менее 10⁻³. Это, однако, было основным критерием близости объектов на небе. В последующие годы для некоторых из их самых близких пар было приведено другое доказательство их ассоциации, и множество дополнительных высоко значимых ассоциаций было найдено (Arp 1996; 1998; 2003). Если мы задаемся вопросом: что определяет вероятность ассоциации, то мы можем перечислить пять эмпирических критериев: близость, юстировка, сосредоточение, подобие эрупции (обычно z или mag.) и связи (мосты, струи и филаменты) . В этом случае мы можем добавить еще по крайней мере 17 ассоциаций 3C-квазаров с галактиками малого красного смещения, имеющих случайные вероятности в пределах от 10⁻³ до10⁻⁹. По-видимому, это уже свидетельствует о физической ассоциации с очень высоким уровнем вероятности.

5. Периодичности красного смещения

Измеренное красное смещение квазара, z =0.750, не лежит в одном из пиков Карлсона. Однако, если галактика эруптировала квазар, то его красное смещение должно быть вычислено относительно галактики. Таким образом, возвращаясь к уравнению (1) и подставляя z_q = 0.750, z_g = 0.344 мы находим, что

что является чрезвычайно близким к внутреннему пику красного смещения z_i = 0.30.

Мы не знаем значение z_d, но, основываясь на других парах, можно показать, что |z_d| ≤ 0.04 (Burbidge и Napier, 2001). Таким образом, отношения между наблюдаемым и прогнозируемым значением очень близки. Это добавляет шансов к представлению, что данная пара - истинно физическая система.

6. Заключение

Мы обсудили эту пару объектов с точки зрения того, может ли она быть случайным совпадением или случайной конфигурацией. Фактически мы нашли, что эта пара имеет очень сходные свойства, но более экстремальные, чем большинство других ассоциаций квазаров и галактик, которые были обнаружены ранее, по свойствам близости, юстировки, возмущений, связей. К настоящему моменту есть очень немного случаев, которые были исследованы так близко, как позволяет обнаруженная ассоциация.

Мы благодарны М. Когану за то, что он прислал нам детали оптического спектра этого объекта. Мы благодарим рецензента за тщательное изучение данных, которые мы обсудили, и за подчеркивание необходимости в большем количестве оптических деталей.

Ссылки

Знаете ли Вы, что только в 1990-х доплеровские измерения радиотелескопами показали скорость Маринова для CMB (космического микроволнового излучения), которую он открыл в 1974. Естественно, о Маринове никто не хотел вспоминать. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.