КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 18-12-00193

НазваниеТеоретические и наблюдательные исследования межзвездных мазеров, мегамазеров и связанных с ними объектов

РуководительСоболев Андрей Михайлович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина", Свердловская обл

Года выполнения при поддержке РНФ 2021 - 2022 

КонкурсКонкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» (28)

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-704 - Физика и эволюция звезд и межзвездной среды

Ключевые словаперенос излучения, мазеры, моделирование, космическая радиоинтерферометрия, звездообразование, диски, мегамазеры, магнитные поля

Код ГРНТИ41.17.27, 41.17.99, 41.25.29


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
В ходе выполнения Проекта 2018 были получены важные результаты, связанные с наблюдательными и теоретическими исследованиями мазерного излучения и природы ассоциирующихся источников в межзвездной среде, особенно массивных молодых звездных объектах, и внегалактических объектах. В 2018 году была создана международная организация по мониторингу космического мазерного излучения M2O (Maser Monitoring Organisation, https://masermonitoring.org). Успешное функционирование этой организации подтверждает высокий интерес научного сообщества к исследованиям мазерного излучения. Теоретические исследования и разработки участников Проекта 2018 во многом определяют ход исследований в рамках М2О, обладающей высокими возможностями в плане проведения наблюдательных исследований. Взаимодействие участников Проекта 2018 с М2О инициировало получение большого количества наблюдательного материала на ведущих в мире астрономических инструментах, таких как сети радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами EVN, VLBA, LBA, KVN, KaVA и др., радиоинтерферометры ALMA, VLA, ATCA, стратосферная обсерватория SOFIA, космический телескоп Spitzer. Особо надо отметить ряд однозеркальных телескопов в Японии, Южной Африке, России, Латвии и др., ведущих непрерывный мониторинг в ряде мазерных линий, что позволяет отслеживать транзиентные явления типа вспышек. В 2020 году начал производиться регулярный мониторинг на одном из крупнейших радиотелескопов - 64м телескопе в Парксе, Австралия. Полученные результаты публикуются в наиболее высокорейтинговых журналах, включая журналы группы Nature. При этом большое количество полученного высококачественного материала требует дальнейшей обработки, интерпретации и теоретического осмысления, что предполагается сделать в рамках Проекта 2021. Необходимо отметить, что для отслеживания и наблюдательного сопровождения транзиентных явлений в рамках М2О при соавторстве участников предполагаемого Проекта 2021 были написаны заявки на алертные наблюдения при помощи таких крупных инструментов, как сети радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами EVN, VLBA, LBA и KaVA. Заявки удовлетворены и ряд наблюдений уже проведен, в том числе наблюдения вспыхивающего объекта G34.196-0.592, обнаруженного участниками Проекта 2018 при наблюдениях на радиотелескопе РТ-22 в Пущино. Кроме наблюдательных исследований высокую актуальность имеют предполагаемые в рамках Проекта 2021 теоретические работы и статистические исследования на основе баз данных, созданных в рамках Проекта 2018. Эти исследования, публикуемые в высокорейтинговых журналах имеют высокую эвристичность. Они не только объясняют, но и направляют наблюдательные исследования, составляют основу заявок на наблюдательное время крупнейших существующих и планируемых астрономических инструментов, в частности подготовлена заявка на космический телескоп JWST. Качественно новый уровень Проекта 2021 и связь Проектов 2018 и 2021 заключаются в следующем: 1. По результатам наблюдений в рамках Проекта 2018 было показано, что зарегистрированные вспышки мазеров метанола вызваны эпизодической аккрецией различной интенсивности и различного характера на массивные молодые звездные объекты (см., например, результаты, опубликованные в Chen, Sobolev, Ren, Parfenov et al. Nature Astronomy 4, 1170, 2020, Brogan et al. ApJ 866, id. 87, 2018 и др.). Были получены новые важные данные по вспышкам метанольных мазеров в других объектах, которые показывают заметные отличия по интенсивности и продолжительности от исследованных на данный момент мощных явлений и требуют дальнейшей обработки, интерпретации и теоретического осмысления. В частности, проведены наблюдения вспыхивающего в мазерной линии метанола источника G24.33+0.14 на крупнейшем в мире интерферометре ALMA и по мониторингу на телескопах в Латвии и Японии в декабре 2020 была обнаружена новая вспышка в линии метанола на 6.7 гГц в объекте G33.641-0.228, состоящая из ряда кратких вспышек продолжительностью около суток. Таким образом, исследования вспышек метанольных мазеров, проведенные в Проекте 2018, пролили свет как на природу мощных вспышек метанольных мазеров на частоте 6.7 гГц, так и на структуру и эволюцию окрестностей массивных молодых звездных объектов, с которыми связаны эти мазеры. Исследования Проекта 2018 позволили исследовать явления, происходящие в начале и пике аккреционных вспышек. При этом они, просто из-за недостатка времени, не обеспечили нас информацией о том состоянии, к которому релаксируют объекты после вспышки. Эта информация очень важна, так как она определяет в конечном итоге физическую, химическую и структурную эволюции объектов. Кроме того, результаты мониторинга в рамках организации М2О (Maser Monitoring Organisation, https://masermonitoring.org) в 2019-2020 позволили обнаружить и впервые отнаблюдать на современных интерферометрах объекты с мазерными вспышками меньшей интенсивности. Исследование более слабых вспышек представляется чрезвычайно важным, так как во время именно таких, более частых вспышек массивная звезда аккумулирует бОльшую часть своей массы. В рамках Проекта 2021 предполагается завершить начатые исследования и продолжить поиск и исследование новых объектов с вспышками метанольных мазеров. Таким образом, исследования объектов, проявляющихся во вспышках метанольных мазеров, остаются актуальными и исследования в рамках Проекта 2021 являются качественно новыми. 2. Поскольку наиболее яркие гидроксильные мазеры возбуждаются в условиях, близких к условиям возбуждения метанольных мазеров на 6.7 гГц, при активном участии членов коллектива Проекта 2018 была написана заявка на проведение мониторинга гидроксильных мазеров одном из крупнейших радиотелескопов - 64м телескопе в Парксе (Австралия). Заявка была успешной и были произведено 3 эпохи наблюдений. Результаты находятся в стадии обработки, предполагается проведение обучения участников Проекта 2021 и их последующее участие в обработке результатов. Разрабатывается методика рассмотрения результатов наблюдений. Поскольку наблюдения гидроксильных мазеров несут информацию о магнитных полях, которые играют решающую роль в структуре и эволюции объектов, то это будет качественным скачком в исследованиях. 3. По результатам интерферометрических наблюдений со сверхдлинными базами было показано, что вспышка водяного мазера в объекте G25.65+1.05 была связана с внутренними движениями вещества в объекте (Burns, Orosz, Bayandina et al. MNRAS 491, 4069, 2019) и пониженным уровнем инфракрасного излучения (Bisyarina, Sobolev, Gorda, Miroshnichenko RAA 19, 36, 2019). Пока это - единственное наблюдательное подтверждение такого механизма вспышек, полученное с высоким угловым разрешением. Наблюдения по заявкам ученых УрФУ в ПРАО АКЦ ФИАН в октябре 2020 позволили обнаружить вспышку водяного мазера во впервые обнаруженном источнике G34.196-0.592. Последующие интерферометрические наблюдения на VLA показали, что вспышка, несмотря на существенно меньшую мощность, может быть также связана с движениями мазерных сгустков друг относительно друга. Была написана наблюдательная заявка на интерферометр KaVA (Южная Корея - Япония), работающий по принципу радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами и, следовательно, обеспечивающий существенно бОльшее угловое разрешение, достаточное для решения проблемы. Первый наблюдательный сет на KaVA был проведен 12 декабря 2020 года. Данные находятся в процессе корреляции. Наблюдения объекта в ближнем инфракрасном диапазоне на 2.5м телескопе Кавказской Горной Обсерватории ГАИШ МГУ показали, что связанный с мазерами объект не виден в фильтре К и его исследования надо проводить на бОльших длинах волн. В рамках Проекта 2021 предполагается завершить начатые исследования и продолжить поиск и исследование новых объектов с вспышками водяных мазеров. Таким образом, исследования позволят существенно увеличить количество объектов, в которых мониторинг вспышек проведен с высоким угловым разрешением, то есть вывести на качественно новый уровень наше понимание природы вспышек водяных мазеров и связанных с ними объектов. 4. В ходе Проекта 2018 была создана наиболее полная и обширная база данных метанольных мазерных источников в Галактике и проведено первое статистическое исследование (Ladeyschikov, Urquhart, Sobolev et al. AJ 160, 213, 2020), показавшее высокую актуальность и эвристичность статистических исследований с использованием ресурса http://maserdb.net, развиваемого в УрФУ. В частности, был обнаружен новый источник мазерного излучения водяного пара, в котором была зарегистрирована вспышка. В Проекте 2021 предполагаются качественно новые статистические исследования с использованием ресурса. 5. В ходе Проекта 2018 был проведен ряд значимых теоретических исследований, определивший, в каких областях межзвездных объектов существуют физические условия, благоприятные для образования мазеров. Это, в частности, было проделано для массивных молодых звездных объектов, испытывающих вспышки аккреции (Meyer, Vorobyov, Elbakyan et al. MNRAS 482, 5459, 2018 и др.). В Проекте 2021 планируется качественный скачок в этих исследованиях, заключающийся во включении рассмотрения химических процессов.

Ожидаемые результаты
Результаты наблюдений космических объектов, связанных с вспыхивающими мазерами метанола и воды, в период вспышек и последующей релаксации на ведущих в мире интерферометрах и однозеркальных телескопах. Анализ причин вспышек мазерного излучения воды и метанола. Анализ природы и последствий вспышек светимости молодых звезд, проявляющихся во вспышках мазерного излучения. Результаты мониторинга межзвездных мазеров гидроксила в областях образования массивных звезд. Анализ переменности магнитных полей в объектах. Будет получена оценка числа областей звездообразования, имеющих мазеры различного типа, в том числе метанольных (I и II класса) и водяных мазеров. Научная значимость данной оценки заключается в том, что база данных содержит наблюдения за множество эпох, собранные из всей имеющейся литературы. Так как водяные и метанольные (II класса) мазеры часто проявляют переменность, поэтому исследование статистики обнаружения водяных и метанольных мазеров по одной эпохе наблюдений может привести к занижению действительного числа мазеров вследствие наблюдений во время минимума их активности. Поэтому использование множества наблюдений позволяет получить более объективную оценку числа мазеров различного типа в областях звездообразования. Будет получена оценка физических параметров сгустков, связанных с водяными и метанольными мазерами. Значимость данного результата заключается в возможности выделения характерных значений физических параметров сгустков, имеющих водяные и метанольные мазеры. В дальнейшем физические параметры могут быть использованы для ограничения моделей звездообразования. Будет проанализирован разброс лучевых скоростей для мазеров метанола (I и II класса) и воды. Значимость данного результата заключается в выделении областей звездообразования, имеющих большой разброс лучевых скоростей. Предполагается, что источники с большим разбросом лучевых скоростей могут быть связаны с истечениями, которые ориентированы по лучу зрения наблюдателя. Статистические характеристики метанольных (I и II класса) и водяных мазеров будут получены на мировом уровне исследования и опубликованы в ведущих астрономических журналах. Ранее подобные результаты для метанольных мазеров I класса были опубликованы в рамках Проекта 2018 года в журнале Astronomical Journal (Q1, Ladeyschikov D.A., Bayandina O.S., Sobolev A.M. AJ 158, 13, 2019, Ladeyschikov D.A., Urquhart J.S., Sobolev A.M. et al. AJ, 160, 213, 2020). Будут оценены параметры протозвезды и аккрецирующего потока, соответствующие наблюдаемой кратковременной переменности мазера метанола G33.641-0.228. Будут определены условия фрагментации молекулярных облаков и гравитационного коллапса образующихся ядер при обжатии межзвездными ударными волнами, а также проведен анализ условий возникновения мазеров в области взаимодействия ударной волны с облаком. Будет определено влияние вспышек светимости на химический состав дисков у молодых массивных звезд. Будет исследовано движение линий льдов воды и метанола в зависимости от величины и продолжительности вспышки. Будет определено влияние окружающей протозвездной оболочки на химический состав дисков, подверженных вспышке светимости молодых массивных звезд. Соответствие результатов мировому уровню исследований будет подтверждаться публикациями в высокорейтинговых (Q1) научных журналах. Результаты предназначаются к использованию в развитии теорий происхождения звезд, планет, возникновения жизни. Мазерные пятна имеют очень малый размер, что потенциально может быть использовано для ориентации и позиционирования устройств со сверхвысокой точностью. Результаты будут использованы в учебном процессе и популяризации научных исследований, имеют большое мировоззренческое значение. Этим определяются возможности их использования в экономике и социальной сфере.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ