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

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:

z_i = 0.061, 0.30, 0.60, 0.96, 1.41, 1.96, 2.63 и т.д.

(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.

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.

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”.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Russian translation – Karim Khaidarov, Bourabai Research, 2005 http://bourabai.narod.ru/