Возможности РСДБ наблюдений источника М87 в проекте «Миллиметрон» с использованием гало-орбиты

Авторы
Щуров М.А. (1), Запевалин П.Р. (1), Мжельский П.В. (1, 2), Рудницкий А.Г. (1), Сячина Т.А. (1)
Организации
(1) Астрокосмический центр ФИАН
(2) НПО им. С.А. Лавочкина
Сессия
Астрофизика и радиоастрономия
Форма представления
Устный
Текст тезисов
В настоящее время весьма актуальным является изучение астрономических объектов различных типов при помощи методов радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ). Наблюдения на интерферометрах, как наземных, так и наземно-космических, позволяют получать изображения наблюдаемых объектов со сверхвысоким разрешением, восстановить их тонкую структуру и уточнить физические параметры.
Одним из самых известных проектов, работавших по принципу РСДБ, является проект "Радиоастрон". Он позволил уточнить модель рассеяния электромагнитного излучения в межзвёздной среде для длинноволнового диапазона. Логическим продолжением проекта "Радиоастрон" является обсерватория "Миллиметрон". Перечень задач его научной программы достаточно обширен и в него входят задачи, которые будут выполняться как в режиме работы одиночного зеркала, так и в режиме РСДБ. В частности, при помощи обсерватории "Миллиметрон" в режиме РСДБ планируется восстановить детальное изображение сверхмассивной чёрной дыры в центре галактики М87, а также попытаться обнаружить в этом источнике фотонные кольца.
Следует отметить, что в силу ряда специфических особенностей миссии, таких, как, например, ограничения на засветку главного зеркала телескопа Солнцем, охлаждение аппаратуры телескопа и требования к орбите для выполнения научной миссии в режиме одиночного зеркала, для космического аппарата была выбрана гало-орбита, расположенная в окрестностях точки Лагранжа L2 системы "Солнце-Земля".
Такая орбита удовлетворяет всем требованиям научной миссии, однако также накладывает ряд ограничений на проведение наблюдений в режиме РСДБ. Поскольку РСДБ наблюдения с космическим радиотелескопом, находящимся на орбите вокруг точки L2 будут проводиться впервые, то очевидна необходимость выполнить моделирование таких наблюдений. Таким образом можно получить информацию о возможностях миссии "Миллиметрон" (и других похожих аппаратов) в таком режиме работы.
В докладе представлены первые результаты моделирования РСДБ наблюдений источника М87 для наземно-космического интерферометра, состоящего из наземной группы телескопов сети Event Horizon Telescope (EHT) и космического телескопа "Миллиметрон", находящегося на гало-орбите в окрестности точки либрации L2 системы "Солнце-Земля". Для моделирования была найдена такая орбита обсерватории, чтобы получить набор проекций баз интерферометра в диапазоне от 1 до 40 диаметров Земли. Выход аппарата на этой орбите из плоскости эклиптики составляет 400 тыс. км. При интегрировании орбиты учтены такие факторы, как центральное гравитационное поле Земли, нецентральность гравитационного поля Земли, притяжение Солнца, Луны и ряда других крупных тел Солнечной системы (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон). Интегрирование орбиты производилось методом Рунге-Кутта порядка 7(8). При использованных модели сил и методе интегрирования погрешность прогноза положения космического аппарата на орбите составляет менее метра за один период, погрешность прогноза скорости - менее 1 см/сек за один период.
Для выбранной конфигурации интерферометра было построено UV-заполнение на период 16 суток, охватывающий диапазон проекций баз от 1 до 16 диаметров Земли. Время когерентности было выбрано равным 10 секунд.
Для моделирования результатов РСДБ была использована сложная магнитогидродинамическая (МГД) модель сверхмассивной чёрной дыры, расположенной в центре галактики М87 размером 40х40 мксек на частоте 230 ГГц с хорошо согласованным потоком от акреционного диска и фотонных колец. Рассеяние электромагнитного излучения на межзвёздной среде и переменность источника не учитывались, поскольку целью построения изображения в данной работе было только воссоздание кольцевой структуры и обнаружение осцилляций в зависимости амплитуды функции видности от проекции базы.
Для восстановления итогового изображения использовался классический метод CLEAN с Лоренцевым ядром и Лоренцевской функцией Тэйперинга. Восстановление изображения проводилось модифицированным лучом размером 6х6 мксек, чтобы избежать сверхразрешения за счёт присутствия больших проекций баз.
По результатам моделирования показано, что при заданных параметрах удаётся восстановить изображение источника, отражающее его кольцевую структуру. На графике зависимости амплитуды функции видности от проекции базы при базах более 10-ти диаметров Земли обнаруживаются осцилляции, отвечающие за присутствие фотонных колец, однако величина их потока в данном конкретном случае ниже чувствительности телескопа.
Таким образом, показано, что наблюдения в режиме РСДБ обсерватории “Миллиметрон” на орбите в окрестностях точки L2 возможны и реализуемы, они позволяют выполнить поставленные перед обсерваторией научные задачи. Следует отметить, что для повышения вероятности и количества успешных измерений необходимо дополнительно проработать методику обнаружения осцилляций и варьировать ряд параметров при восстановлении изображения источника.