Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Мазерная вспышка в источнике G34.196-0.592 была зарегистрирована в результате проведения обзора мазеров в линии водяного пара на радиотелескопе РТ-22 (Пущино, Россия) участниками настоящего Проекта Ладейщиковым Д.А, Соболевым А.М. и Поповой Е.А. Произведён анализ данных наблюдений источника G34.196-0.592 на инфракрасном телескопе Кавказской Горной Обсерватории ГАИШ МГУ и радиоинтерферометрах VLA (США) и KaVA (Япония, Республика Корея). Анализ данных позволил сделать вывод о причине вспышки водяного мазера в источнике G34.196-0.592: вспышка произошла вследствие временного наложения двух областей мазерного излучения на луч зрения. Этот вывод подтверждается анализом профиля линии и карт излучения. Проинтерпретированы результаты наблюдений объекта G24.33+0.14 на интерферометре ALMA во время вспышки мазера метанола и перед ней. Незначительное увеличение яркости источника в миллиметровом континууме свидетельствует о том, что светимость источника во время вспышки увеличилась незначительно, то есть был аккрецирован сгусток небольшой, скорее всего планетарной, массы. Большее увеличение яркостей высоковозбужденных линий метанола свидетельствует о том, что увеличение яркости связано с испарением метанола из мантий пылевых частиц при температуре, существенно превышающей температуру обильного метанолом газа в фазе перед вспышкой. Наблюдения гидроксильных мазеров является важной составляющей работы международной организации M2O (Maser Monitoring Organization), в рамках которой производится кооперация исследования мазерных источников в различных спектральных диапазонах, в том числе производится поиск мазерных вспышек. Участники Проекта приняли участие в проведении наблюдений на 64-м телескопе в Парксе (Австралия), а также обработке данных. Разработана система автоматизации, которая позволяет оперативно обрабатывать ряды данных для их анализа в виде изображений интенсивности спектров на диаграмме «лучевая скорость-дата». Система успешно применена для обработки данных по источнику G309p921 в линиях OH на 1665 и 1667 МГц. Проведены оценки параметров протозвезды и аккрецирующего потока, соответствующих наблюдаемой переменности мазера метанола G33.641-0.228. Показано, что в зависимости от длительности вспышки, Δt=1-100 дней, массы протозвезды в диапазоне 8-20 M_⊙ и светимости во вспышечном состоянии 10-100 L_⊙, масса падающего во время аккреционных вспышек вещества варьируется от 0.01 до 1 массы Юпитера. Оценен плазменный параметр в области образования мазера и показано, что при характерных плотностях газа магнитное поле в данной области является динамически сильным. Это означает, что в области мазера могут происходить процессы магнитного пересоединения и развиваться различные МГД-неустойчивости, такие как неустойчивость магнитной плавучести. Найдено, что диски вокруг молодых массивных звезд намного горячее, чем диски вокруг их маломассивных собратьев. В результате гораздо более протяженная область диска подвержена развитию магниторотационной и тепловой неустойчивости в дисках вокруг массивных протозвезд. Однако модельные вспышки, вызванные этими неустойчивостями, всегда имеют слишком низкое значение темпа аккреции, а их продолжительность на один или несколько порядков величины больше, чем соответствующие значения, известных из наблюдений молодых массивных звезд по метанольным мазерам. Вспышки, вызванные тепловой или магниторотационной неустойчивостью, характеризуются периодичностью с длительностью спокойной фазы, соизмеримой с длительностью фазы вспышки. С другой стороны, модельные вспышки аккреции и светимости, вызванные приливным разрушением газовых сгустков, имеют характеристики, схожие с наблюдаемыми вспышками, при условии, что сгустки находятся в состоянии после гравитационного коллапса с радиусом протопланеты более чем 10 радиусов Юпитера. Данный механизм предсказывает множественные, но апериодические вспышки. По результатам данной работы опубликована статья в журнале первого квартиля Astronomy & Astrophysics. Показано, что вспышки светимости могут иметь существенный эффект на распространённость метанола и воды в околозвездных дисках массивных звезд, приводя к сублимации данных летучих соединений с поверхности пылинок во время вспышки. Отношение массы метанола в ледяной к газовой фазе (проинтегрированное по всему диску) падает в десятки раз во время вспышки. Время возвращения к довспышечному состоянию может составлять до 100 лет, что может быть использовано для идентификации прошедших вспышек светимости у молодых массивных звезд. Произведена оценка числа известных в литературе областей звёздообразования с метанольными (I и II класса) и водяными мазерами. В качестве исходных данных использовалась база данных мазерных источников maserdb.net, охват которой составляет ~95% по доступным наблюдениям в литературе с 1989 года и 100% по известным источникам мазерного излучения. Установлено, что частота обнаружения водяных мазеров на 22 ГГц (31%) практически в два раза больше частоты обнаружения метанольных мазеров II класса на 6 ГГц (17%) в направлении на области звёздообразования. Количество зарегистрированных водяных мазеров в областях звёздообразования (1374) в полтора раза превышает количество метанольных мазеров II класса (936). Тем не менее, общее количество мазеров остаётся неизвестным, так как существует огромное количество неисследованных источников излучения в дальнем ИК диапазоне. Так, согласно обзору ATLASGAL, в линии водяного пара исследованы только 35% источников, а согласно обзору Herschel Hi-GAL, исследованы только 8.2% источников. Возникает вопрос – может ли в оставшихся 91.8% неисследованных источниках содержаться большое число ранее неизвестных мазеров? Для ответа на этот вопрос с помощью нейронной сети были исследованы физические параметры известных мазерных источников. По выборке всех известных мазерных источников нейронная сеть была обучена таким образом, чтобы давать предсказание относительно наличия или отсутствия мазера определённого типа по физическим параметрам сгустков из каталога Herschel Hi-GAL (около 75 тыс. источников). Далее считалось общее количество источников Hi-GAL, в которых нейронная сеть предсказывает наличие мазера. В результате удалось установить, что общее количество водяных мазеров, которые могут быть зарегистрированы в Галактике в направлении на источники Hi-GAL, составляет 2600 +- 660. То есть в настоящее время открыто около половины из всех водяных мазерных источников, которые могут быть зарегистрированы с уровнем чувствительности не более 0.5 Ян. Для метанольных мазеров II класса на 6 ГГц подобный анализ даёт оценку 3470 +- 878 источников. Для метанольных мазеров I класса на 95 ГГц оценка подобным методом даёт результат 1143 +- 326 источника. Таким образом, оценка для водяных и метанольных мазеров совпадает в пределах ошибки, а количество метанольных мазеров I класса – в два раза меньше, причем разность превышает значение ошибки определения величины. Для различных категорий мазерных источников, в том числе для объектов, связанных с областями звёздообразования, поэволюционировавших звёзд и иных объектов выполнен анализ ассоциации источников со следующими обзорами: IRAS (12-100 мкм), Hi-GAL (70-500 мкм), ATLASGAL (870 мкм), Bolocam (1.1 мм), THOR (1-2 ГГц) и CORNISH (5 ГГц). Область сравнения ограничена следующими рамками: 10<l<65, |b|<1, что перекрывает все исследуемые обзоры. Использованы данные из базы данных мазерных источников Maserdb.net. В результате анализа ассоциаций установлено, что области звёздообразования с мазерами H2O наиболее активно излучают в дальнем ИК, а также в миллиметровом диапазоне длин волн. Количество ассоциаций с источниками из радио обзоров Галактики значительно меньше. Существует определённое количество источников, в которых уже начались процессы звёздообразования (мазеры воды и метанола уже светят), но ещё нет яркого излучения в радио континууме на 1-5 ГГц. Согласно статистике, приведённой в настоящем отчёте, таких объектов – большая часть (~90%) из всех исследуемых областей звёздообразования, имеющих водяные мазеры. Из анализа ассоциаций также следует, что мазеры в линиях метанола и водяного пара наиболее эффективно искать в направлении на источники из обзоров ATLASGAL и Hi-GAL – именно эти обзоры имеют наибольшее число ассоциаций с мазерными источниками. Проанализирована ассоциация между мазерными источниками в линиях метанола (I и II класса) и водяного пара из базы данных maserdb.net и компактными источниками излучения в континууме на 870 мкм из каталога ATLASGAL Compact Source Catalog. Далее для различных типов мазеров получены гистограммы распределения следующих физических параметров сгустков ATLASGAL: болометрическая светимость, масса, отношение светимости к массе, концентрация газа, радиус и температура сгустков. Найдены статистически значимые различия в температуре пыли для сгустков, содержащих метанольные мазеры I класса. В частности, распределение температуры пыли для сгустков показало, что мазеры метанола I класса образуются в более холодных сгустках по сравнению с мазерами метанола II класса и водяного пара – различие в температуре является статистически значимым на уровне 3σ. Так как температура сгустков является в том числе одной из эволюционных характеристик, т.е. температура возрастает с эволюцией сгустков, то из этого следует, что мазеры метанола I класса появляются на более ранних стадиях эволюции, чем мазеры метанола II класса и водяного пара. Получены оценки физических параметров в 13 областях образования массивных звезд, ассоциированных с ярким излучением мазера метанола класса II на частоте 6.7 ГГц. Показано, что переходы серии J1 − J0A−+ могут быть инвертированы в горячих ядрах и их можно рассматривать в качестве трассеров горячих ядер, и, в частности, вспышек, происходящих в ходе образования массивных звезд.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В ходе Проекта в 2022 году были проведены наблюдательные, интерпретационные и теоретические исследования космических мазеров и связанных с ними объектов. Анализ результатов наблюдений, проведенный в ходе Проекта, показывает, что в результате вспышки, связанной с аккрецией сгустка вещества на молодой массивный звездный объект G358.93-0.03, по окружающему объект диску проходит волна возбуждения, приводящая к последовательному появлению метанольных мазеров в линиях на 6.67 и 12.18 ГГц на всё больших расстояниях от звезды. При этом ряд метанольных мазеров на меньших расстояниях от звезды ослабевает. Оценки характерных времен существования мазерных пятен при распространении волны возбуждения составляют несколько недель. В соответствии с теоретическими расчётами, проведенными в рамках Проекта, время, необходимое для того, чтобы химические соединения достигли пред-вспышечной концентрации на пылинках, составляет несколько десятков лет. Таким образом, процессы исчезновения метанольных мазерных пятен определяются, в основном, физическими, а не химическими процессами. Метанольные мазеры обрисовывают плотные структуры в аккреционном диске G358.93-0.03. Распределение пятен мазеров, полученное на ранней стадии после вспышки, имеет меньший разброс и указывает на существование спиралевидных когерентных пространственно-кинематических структур, вдоль которых вещество диска, состоящее их сгустков, аккрецирует на молодой массивный звездный объект. В соответствии с теоретическими исследованиями в рамках Проекта вспышки аккреции и светимости в таких объектах вызваны приливным разрушением газовых сгустков. На радиотелескопах РТ-22 в Пущино и 100м в Эффельсберге проведен мониторинг вспышек водяных мазеров на 22 ГГц в источниках Cyg X N-63 и G34.196-0.592. Анализ имеющихся данных показал, что вспышки могут быть связаны с соединением нескольких мазерных пятен в картинной плоскости и по лучевой скорости. Вспышка аналогичной природы ранее была зарегистрирована в источнике G25.65+1.05 (Burns et al., 2020, MNRAS, 491, 3, 4069; Bayandina et al., 2019, ApJ, 884, 2, 140). Алертные наблюдения гидроксильных мазеров на 64м телескопе в Парксе в направлении источника G36.115+0.552, о вспышке метанольного мазера в котором сообщалось в телеграмме Tanabe & Yonekura (https://www.astronomerstelegram.org/?read=15680), показали наличие компоненты 1.5 Ян на ~88 км/с в линии на 1720 МГц и 0.6 Ян на 74 км/с в линии на 1667 МГц. Задействована триггерная заявка на наблюдательное время радиоинтерферометра VLA. Излучение в мазерных линиях гидроксила зарегистрировано интерферометром. На 2.5м телескопе Кавказской горной обсерватории ГАИШ МГУ по заявке участников Проекта 16.10.2022 и 06.11.2022 проведены ИК наблюдения G36.115+0.552 в цвете К. В настоящее время изменений в яркости объекта по сравнению с архивными снимками UKIDSS не обнаружено, что может быть связано с тем, что в цвете К виден не сам объект, а его отражение. Теоретические расчеты показали, что химическое воздействие вспышки светимости массивных молодых звездных объектов в основном характеризуется десорбцией химических соединений с пылинок в газовую фазу. Вспышка светимости в более массивных оболочках, соответствующих ранним стадиям эволюции диска, производит к более интенсивной десорбции химических соединений при продвижении линии льдов. При этом, исследованные модели показывают, что время, необходимое для того, чтобы химические соединения достигли предвспышечной концентрации на пылинках не зависит от типа оболочки и составляет несколько десятков лет. Трехмерные газодинамические расчеты обжатия турбулентного облака ударной волной показывают, что изначально несжимаемая турбулентность порождает пульсации плотности после начала коллапса молекулярного облака. Во всех расчетах турбулентность со временем затухает, но неоднородности плотности, возникающие на начальной стадии эволюции, сохраняются. Медленная ударная волна поджимает изначально равновесное облако и сплющивает его в плоскости фронта. Взаимодействие ударной волны с турбулентностью в облаке приводит к формированию клочковатой структуры в области фронта волны по мере ее распространения по облаку. В случае нетурбулентного облака такая структура не наблюдается. Образующиеся сгустки сохраняются на шкале времени, превышающей динамическое время свободного сжатия облака, и могут проявляться как мазерные конденсации. В рамках статистических исследований базы данных мазерных источников MaserDB.net был составлен список источников, в которых мазерные линии различных молекул и переходов имеют наибольшие значения индекса переменности. Данный список может быть использован в том числе для выбора целей для поиска мазерных вспышек. К примеру, в мазерной линии метанола на 6 ГГц только 215 источников из 1369 имеют индекс переменности более 2 при минимальной плотности потока в 10 Ян. Примечательно, что за время выполнения Проекта произошла вспышка в источнике G36.115+0.553. Данный источник входил в список источников, имеющих существенную переменность мазерной линии метанола на 6 ГГц. За время существования организации M2O (https://www.masermonitoring.com/) было обнаружено 10 источников со вспышками в линии метанола на частоте 6.7 ГГц. Из них шесть источников удовлетворяют критерию по индексу переменности более 2 из архивных данных, в остальных источниках – слишком мало данных для расчёта индекса переменности. Учитывая большую неопределённость в поиске кандидатов для мазерных вспышек, статистические исследования могут дать возможности для отбора источников и уменьшения числа кандидатов, мониторинг которых проводится с использованием однозеркальных радиотелескопов с целью регистрации вспышек. Публикации 2022: 1 (Q1). Shi-Min Song, Xi Chen, Zhi-Qiang Shen, Bin Li, Kai Yang, Xujia Ouyang, Andrej M. Sobolev, Zhang Zhao, Xiao-Qiong Li, Fan Cai A 12.2GHz Methanol Maser Survey toward the 6.7GHz Counterparts Associated with/without UC HII Regions The Astrophysical Journal Supplement Series, Volume 258, Issue 1, id.19, 14 pp. (2022 г.) 2 (Q1). O. S. Bayandina, C. L. Brogan, R. A. Burns , X. Chen, T. R. Hunter, S. E. Kurtz, G. C. MacLeod, A. M. Sobolev, K. Sugiyama, I. E. Val’tts, Y. Yonekura A Multitransition Methanol Maser Study of the Accretion Burst Source G358.93–0.03-MM1 The Astronomical Journal, Volume 163, Issue 2, id.83, 16 pp. (2022 г.) 3 (Q1). Ladeyschikov D.A., Sobolev A.M., Bayandina O.S., Shakhvorostova N.N. Online Database of Multiwavelength Water Masers in Galactic Star-forming Regions The Astronomical Journal, Volume 163, Issue 3, id.124, 14 pp. (2022 г.) 4 (Q1). Salii Svetlana V., Zinchenko Igor I., Liu Sheng-Yuan, Sobolev Andrej M., Aberfelds Artis, Su Yu-Nung The methanol emission in the J1- J0 A-+ line series as a tracer of specific physical conditions in high-mass star-forming regions Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 512, Issue 3, pp.3215-3229 (2022 г.) 5 (Q1). Dmitry A. Ladeyschikov, Yan Gong, Andrey M. Sobolev, Karl M. Menten, James S. Urquhart, Shari L. Breen, Nadezhda N. Shakhvorostova, Olga S. Bayandina, Alexander P. Tsivilev) Water masers as an early tracer of star formation The Astrophysical Journal Supplement Series Volume 261, Issue 2, id.14, 21 pp (2022 г.) 6 (Q4). D. A. Ladeyshchikov, A. P. Tsivilev, A. M. Sobolev, E. A. Popova Search for Bright Masers in the Water Vapor Line towards the Dust Clumps of the Galaxy Astronomy Reports (Астрономический журнал), Volume 66, Issue 4, p.278-295 (2022 г.) В ходе исследований использовался поддерживаемый и развиваемый участниками Проекта интернет-ресурс https://MaserDB.net