Гравитационные линзы, ультраяркие рентгеновские

источники:возможность наблюдения в мм и

суб-мм диапазонах

Т.И.Ларченкова

(АКЦ ФИАН)

Объекты исследования:

I. Гравитационно-линзированные системы.

II. Компактные релятивистские объекты:• ультра-яркие рентгеновские источники,• гипер-яркие рентгеновские источники,

Научные задачи в моде одиночного зеркала (ГЛ):

I. Наблюдения на больших красных смещениях линзированных галактик с активным звездообразованием и значительным кол-вом пыли (DSFGs) с целью изучения их эволюции.

II. «Проблема спутников» в ΛCDM модели:• Наблюдения линзированных систем с

аномальным отношением потоков изображений.• Спектральные наблюдения высокого разрешения

DSFGs на больших красных смещениях.

III. Наблюдения массивных скоплений галактик (например, Cl 0024+17, Abell 2218)

Научные задачи в моде интерферометра (ГЛ):

IV.Наблюдение кандидатов в гравитационные линзы на больших красных смещениях (до z~5)

по данным суб-мм обсерваторий в интерферо-метрической моде с целью подтверждения множественности изображений без картографирования (преимущество ММ).

I. Предсказание: наиболее яркие галактики класса DSFG на красных смещениях z>1 это объекты, подверженные сильному гравитационному линзированию (Blain 1996; Negrello et al. 2007).

Цель: изучение свойств и эволюции галактик класса DSFG

Стратегия исследования: Измерение красного смещение источника

Измерение красного смещение линзыИзмерение относительное положение линзы и изображений источника

Измерение соотношения потоков изображенийОпределение типа галактики-линзы

Модель распределения плотности вещества галактики-линзы

Определение коэффициента усиления

Определение собственной светимости источника.Построение распределений количества источников и их

светимости в зависимости от величины красного смещения.

Критерии отбора мишеней для поиска грав. линзированных галактик DSFG из обзоров SPT (220 ГГц, 150 ГГц) и Herschel (Vieira et al. 2013):

• источники с тепловым спектром,• источники с отрицательными фотометрическими к-поправками,• исключение источников на z ≤ 0.03 (IRAS) и радио-квазаров с плоским

спектром.

Стратегия наблюдений:• Спектроскопические наблюдения линии СО как самого общего

индикатора молекулярного газа на больших красных смещениях.Переходы CO J=1-0 (частота в системе покоя 115,27 GHz) CO J=5-4 ( 576,3 GHz) CO J=6-5 ( 691,5 GHz)

Светимость линии СО

• Фотометрические наблюдения.

( Solomon & Vanden Bout 2005)

Наблюдения ALMA (Vieira et al. 2013):

- построение изображений 47 источников на 870 мкм,- спектроскопические наблюдения 26 источников в диапазоне частот 84.2 – 114.9 ГГц,- 2 источника при z=5.7

Vieira et al. 2013

ALMA «не видит» диапазон 1.74 <z< 2.00

Vieira et al. 2013

II. «Проблема спутников» в CDM модели

Предсказание ΛCDM модели: крупные сгустки ТМ (гало), в которых расположены большие галактики, должны быть окружены сотнями мелких сгустков ТМ (суб-гало), в которых должны "сидеть" карликовые галактики-спутники.

Наблюдения:вокруг Млечного Пути известных спутников значительно меньше, они распределены в виде протяжённого блина, наклонённого к плоскости МП.

Возможные пути решения:

1. Наблюдения линзированных систем с аномальным соотношением потоков изображений (Mao & Kochanek 1998).

2. Спектральные наблюдения DSFGs на больших красных смещениях (Hezaveh et al. 2012).

IIа. Гравитационно-линзированные системы с аномальным соотношением потоков изображений

- MG 0414+0534 l=187.101, b=-31.033 Четыре изображения Z(источника)= 2.64 Z(линзы)=0.96

- MG 2016+112 l=53.655, b=-13.635 Два изображения квазара Z(источника)=3.27 Z(линзы)= 1.01

-H 1413+117 l=358.732, b=64.773 Четыре изображения Z(источника)=2.55 Z(линзы)= ?

MG J0414+0534

Ros et al. 2000

MG J2016+112

Koopmans et al. 2002

H1413+117

CASTLES survey

Irwin et al. 1998

MacLeod et al. 2009

JVAS B1938+666 обнаружен спутник с М=(1.9±0.1)х10^8 Mсолнца (Vegetti et al. 2012)

Источник – яркая в ИК-диапазоне галактика Z=2.059

Линза – массивная эллиптическая галактикаZ=0.881

Техника пиксельного моделирования для обнаружения суб-гало до масс, составляющих 0.1% от массы линзы внутри радиуса ЭХ.

IIb. Спектральные наблюдения линзированных галактик класса DSFGs на больших красных смещениях.

Наблюдение линии CO перехода 6-5: - наиболее яркая линия,- индикатор наличия плотных ядер облаков звездообразования с компактной морфологией. Hezaveh et al. 2012

Результаты моделирования (Hezaveh et al. 2012)

55% вероятность обнаружения суб-гало с М>10^8 Mсолнца на 5σ в каждой линзе

Скопление Cl 0024+17 (ZwCl 0024+1652) z=0,297

www.nasa.gov

III. Наблюдение массивных скоплений галактик

Скопление Abell 2218 z=0,174William Herschel Telescope

www.ing.iac.es

E.Egami 2010

Negrello et al.2010

IV. Наблюдение кандидатов в гравитационные линзы на больших красных смещениях из инфракрасных обзоров

Negrello 2010

CO J=1-0 (115,27 GHz)CO J=5-4 (576,3 GHz)CO J=6-5 (691,5 GHz)

187-310 GHzz=3.04

Gravitational lens model of ID81 and ID130Negrello 2010

E.Egami 2010

Определение красных смещений в галактиках-линзах

Millimeter wave absorption lines towards PKS 1830-211 at different z (Wiklind & Combes 1998).

ULXs

LX > 2 x1039 эрг/с

N = 470 ULXs (Walton et al. 2011)

Feng & Soria 2011 Miller et al. 2004

E.Kording et al. 2005

VLA 8.4 GHz

ULXs в М82

Hα эмиссионные туманности вокруг ULX и NGC 7793 S26 (с доминирующим джетом)

Feng & Soria 2011

HLX -1 ESO 243-49

HST разрешение 0.5”

Farrell et al. 2012

N.Webb et al. 2012

N.Webb et al. 2012

HLX -1 ESO 243-49

Messier 101 (NGC 5457)

FIRST, разрешение 5”

D.Perez-Ramirez et al 2007

Наблюдения ультраярких (ULXs) и гиперярких рентгеновских источников (HLXs) в моде одиночного зеркала с целью детектирования излучения в мм и суб-мм диапазоне длин волн и последующие наблюдения этих объектов в интерферометрической моде с высоким пространственным разрешением.

Ожидаемые потоки ~ десятки мкЯн.

Мишени для наблюдений: наиболее близкие ULXs и HLXs.

Вероятные проблемы с наличием фона далеких источников

ЗаключениеПредлагаемые задачи для проекта ММ:в моде космического телескопа• Наблюдения на больших красных смещениях линзированных галактик

с активным звездообразованием и значительным кол-вом пыли (DSFGs) с целью изучения их эволюции (определения красного смещения и светимости) по однородной выборке источников.

• Решение «проблемы спутников» в ΛCDM модели путем наблюдения линзированных систем с аномальным отношением потоков изображений и спектральных наблюдений высокого разрешения DSFGs на больших красных смещениях в широкой полосе частот.

• Поиск новых событий сильного линзирования источников при больших красных смещениях (мишень – массивные скопления галактик);

в моде космического интерферометра• Наблюдение кандидатов в гравитационные линзы на больших красных

смещениях (до z~5) по данным суб-мм обсерваторий в интерферометрической моде с целью подтверждения множественности изображений без картографирования (преимущество ММ).

А→В фаза роста вспышки (устойчивое радиоизлучение до 2 мм)

В →C →D переход из жесткого в мягкое состояние (вспышки в радиодиапазоне, «радио-пузыри»)

D→E мягкое состояние (слабое радиоизлучение)

E→F возврат в жесткое состояние

Fender & Belloni 2012

S~ν –α, α=+0.09+-0.19 (E.Gallo et al. 2005)

V 404 Cyg

Kording et al. 2006

Наблюдение микроквазаров и двойных систем с ЧД звездных масс в спокойном состоянии с целью уточнения параметров возможных физических моделей и геометрических свойств джетов в моде одиночного зеркала и интерферометрической моде.

Ожидаемые потоки ~ сотни мкЯн.

Двойные системы в шаровых звездных скоплениях

М22 Strader et al. 2012

Strader et al. 2012

Наблюдения на 5.9 ГГц и 6.75 ГГц, α=0-0.2 (плоский спектр).Размер ядра М22 (1.24+- 0.03) пк

Strader et al. 2012 LX < 2x1034 erg/s LR ~ LX

0.58 черная линия (одновременные наблюдения)

Наблюдения центров шаровых скоплений с большими радиусами ядер в моде одиночного зеркала с целью детектирования излучения в мм диапазоне длин волн от двойных систем с ЧД звездной массы и последующие исследования этих объектов в интерферометрической моде с высоким пространственным разрешением.

Ожидаемые потоки ~ десятки мкЯн.

Мишени для наблюдений: M22, M14, M53, NGC 2419.

Сложности: фон далеких инфракрасных источников.

ЧДПМ в центрах шаровых скоплений

Наблюдения центров массивных шаровых скоплений с компактными ядрами с целью детектирования ЧДПМ в интерферометрической моде в мм диапазоне длин волн.

Ожидаемые потоки ~ десятки мкЯн (определение верхнего предела по потокам излучения)

Мишени для наблюдений: G1, ωCen, Tuc 47, M15 и др.

II.1. Линза – спиральная галактика

- Q 2237+0305 l=71.796, b=-46.107 Крест Эйнштейна Z(источника)=1.695 Z(линзы)=0.0394

- B 1600+434 l=68.637, b=48.577 Два изображения квазара Z(источника)=1.59 Z(линзы)=0.41 Почти на ребре

-PMN J2004-1349 l=28.309, b=-22.238 Два изображения Z(источника)=? Z(линзы)= ?

-CX 2201-3201 l=14.854, b=-52.974 Два изображения квазара Z(источника)=3.9 Z(линзы)=0.32 На ребре

-B 0218+357 l=142.602, b=-23,487 Изображения: A,B,+Ring+Jet (0,334”) Z(источника)=0.944 Z(линзы)=0.6847Определение положения галактики-линзы.Применение моделей распределение плотности вещества спиральных галактик для уточнения параметров линзы.Определение постоянной Хаббла для систем с измеренным временным запаздыванием и известным расположением линзы.

Q2237+030 B1600+434

Results from CASTLES survey

II.3. Гравитационно-линзированные системы с релятивистскими струями

-PKS 1830-211 l=12.166, b=-5,711 Изображения: NE,SW + Ring (1”) Z(источника)=2.507 Z(линзы1)=0.89 ? Z(линзы2)=0.19 ?

-MG 1131+0456 l=258.933, b=60.818 Изображения: A, B + Ring Z(источника)=? Z(линзы)=0.844

-B 0218+357 l=142.602, b=-23,487 Изображения: A,B,+Ring+Jet (0,334”) Z(источника)=0.944 Z(линзы)=0.6847

PKS 1830-211 MG 1131+0456

MERLIN image at 5 GHz

B0218+357O.Wucknitz et al., 2004

Центральное изображение 8.4 ГГц VLA (масштаб 1”); слева – 15 ГГц VLA (масштаб 0.1”); справа- 8.4 ГГц VLBI (масштаб 0.01”)

A.S.Cohen RLE Technical Report №641 (2000)