2. 西藏大学宇宙线教育部重点实验室, 西藏 拉萨 850000;
3. 中国科学院国家天文台, 北京 100101;
4. 中国科学院FAST重点实验室, 北京 100101;
5. 中国科学院大学, 北京 100049
2. Key Laboratory of Cosmic Rays, Ministry of Education, Tibet University, Lhasa 850000, China;
3. National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China;
4. Key Laboratory of Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China;
5. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
致密陡谱源和吉赫兹峰谱源是光学薄区域谱指数α≥0.5 (S∝ν-α) 的致密射电源，分别约占河外射电源数量的30%和10%。其中致密陡谱源的线尺度为1~20 kpc，而吉赫兹峰谱源一般小于1 kpc。由于同步自吸收或自由吸收效应，它们的射电频谱出现低频反转，并导致峰形结构，其中致密陡谱源的峰值频率一般在500 MHz以下，而吉赫兹峰谱源的峰值频率在500 MHz~10 GHz之间[1]。关于致密陡谱源和吉赫兹峰谱源，目前有3个主流假说：(1) 吉赫兹峰谱源是比较年轻的射电源，处于演化的早期，未来会演化成致密陡谱源；(2) 吉赫兹峰谱源和致密陡谱源与周围稠密的介质有较强烈的相互作用，从而限制了它们的尺度；(3) 吉赫兹峰谱源可能是暂现源或间歇源。因此，对致密陡谱源和吉赫兹峰谱源射电结构和辐射情况的研究，可以促进我们对它们的形态结构、演化和周围物理环境的认识[2-3]。此外，由于它们与周围星系介质有较强的相互作用，通过偏振观测可以得到源的偏振情况，从而反推磁场结构，更加深入地了解源喷流和介质的相互作用[2-4]。
我们从文[5]在1996年开展的美国甚长基线干涉阵5 GHz观测项目中选取射电源0223+341和0248+430进行研究，它们的光学类型和红移见表 1。源0223+341射电谱的反转频率为250 MHz，反转部分(ν>νm) 的谱指数约为0.6，且射电结构整体尺度达8 kpc[1]，属于致密陡谱源。1.66 GHz频段的甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry, VLBI) 显示，该源有kpc尺度的结构，其中有一个明亮的大尺度结构，并在西南方向相距约500 mas处有一个更大尺度的射电瓣，其上有微弱的射电节点[6]。5 GHz频段甚长基线干涉阵观测显示，东北部明亮的部分主要由两个比较扭曲的结构组成，未观测到射电核[5-7]。8 GHz，15 GHz和23 GHz频段的甚长基线干涉阵和甚大阵(Very Large Array, VLA) 观测显示，射电核靠近西南部分，射电瓣向西南方向延伸，有一定的偏振辐射[8]，而东北部明亮的结构进一步分解为两个热斑[9]。源0248+430射电谱的反转频率为5 GHz，反转部分(ν>νm) 的谱指数约为0.8，且射电结构整体尺寸为0.47 kpc[1]，属于吉赫兹峰谱源。1.66 GHz和5 GHz频段的甚长基线干涉阵观测显示，它呈现单侧核-喷流结构，喷流向东南方向延伸，结构较扭曲，有明显的节点，核射电辐射占主导[5, 10]。15 GHz频段的甚长基线干涉阵观测显示，大尺度的喷流结构被分解为小尺度精细结构，喷流方向仍有较明亮的节点[11]。5 GHz和15 GHz频段的甚大阵偏振观测得到该源在这两个频段的偏振度均约为1%[12]。这两个源毫角秒尺度有明显的喷流，形态结构比较扭曲，便于研究源与周围介质的相互作用。美国国家射电天文台1.4 GHz频段的甚大阵巡天项目(NRAO VLA Sky Survey, NVSS) 观测到这两个源有一定的偏振辐射[13]。目前针对这两个源的5 GHz频段偏振观测不多，通过甚长基线干涉阵5 GHz的偏振观测，我们可以得到它们毫角秒尺度的射电辐射强度图和偏振图，进而研究它们的射电结构、偏振情况和磁场结构，并分析喷流与介质的相互作用。本文采用的哈勃常数H0=71 km·s-1·Mpc-1，物质密度参数Ωm=0.27，暗能量密度参数ΩΛ=0.73。
| Source (1) |
Optical ID (2) |
RA(J2000) (3) |
DEC(J2000) (4) |
z (5) |
I/Jy (6) |
P/mJy (7) |
m/(%) (8) |
| 0223+341 | Quasars* | 02 26 10.3 | +34 21 30.3 | 2.91* | 1.52 | 17.99 | 1.18 |
| 0248+430 | Quasars* | 02 51 34.5 | +43 15 15.8 | 1.31* | 1.12 | 43.34 | 3.87 |
| *Obtained from reference [5]。 | |||||||
2004年2月25日，我们利用甚长基线干涉阵的10面天线对射电源0223+341和0248+430进行观测，观测代码为BZ031。两个源分别进行了3次观测，每次时长7~8 min，观测采用双偏振模式，观测频率为5 GHz，分为4个中频，每个中频有16个通道，通道带宽为8 MHz，1 bit量化。观测数据由位于美国索科里(Socorro) 的FX架构相关处理器进行相关，输出UVFITS数据用于后续处理[14]。
我们参照AIPS (Astronomical Image Processing System) 软件包的使用说明[15]，利用AIPS对观测数据进行处理，首先进行数据编辑、幅度预校准、视差角校准、带通校准、仪器相位校准和条纹拟合等步骤，然后将数据平均，再进行校准并编辑数据，然后自校准和成图。之后我们利用源DA193进行设备偏振(D-term) 改正，并利用源1308+326进行绝对偏振位置角改正(甚长基线干涉阵/甚大阵偏振角校准网站http://www.aoc.nrao.edu/~smyers/calibration/)，获得偏振分布图。
2 结果和分析通过数据处理得到两个目标源在4.6 GHz频率的总流量和偏振观测结果，见表 1。其中第1列为源名称；第2列为光学类型；第3列为赤经；第4列为赤纬；第5列为红移；第6列为总流量；第7列为偏振流量；第8列为偏振度。
我们使用AIPS的JMFIT命令对两个目标源进行高斯拟合，得到模型拟合结果见表 2。其中第1列为源名称；第2列为源成分；第3、4列分别为源成分的半长轴和半短轴；第5列为长轴的方向角；第6列为总流量。
| Source (1) |
Comp (2) |
a/mas (3) |
b/mas (4) |
Pa/(°) (5) |
I/mJy (6) |
| 0223+341 | E1 | 4.1 | 2.4 | 170.2 | 1 218.9 |
| E2 | 3.6 | 2.1 | 161.0 | 165.1 | |
| 0248+430 | A | 3.9 | 2.4 | 166.7 | 122.1 |
| B | 5.5 | 2.3 | 150.7 | 97.4 | |
| C | 4.3 | 2.6 | 159.0 | 900.5 |
图 1 (a)和(b)分别为叠加在辐射强度图上的偏振流量灰度分布和偏振矢量分布(1 mas=7.898 pc)。流量结构主要由位于东部和北部的E1和E2两个强辐射部分组成，辐射流量分别占总流量的79.6%和10.9%。在西南方向观测到一些射电斑点，我们推测射电结构向西南方向延伸，符合已有的观测结果[5, 7]，该源的射电结构比较稳定。其中文[5]甚长基线干涉阵观测得到的总流量为1.7 Jy，文[7]甚长基线干涉阵观测得到的总流量为1.5 Jy，而本次观测得到的总流量为1.52 Jy，变化不大，他们利用5 GHz和1.7 GHz的观测数据得到了E1和E2的谱指数，分别为-0.3和0，并根据谱指数和扭曲的结构推测E1和E2为热斑。而在文[9] 15 GHz甚长基线干涉阵观测得到的14 mas2范围内的结构中只保留了E1和E2，其余部分被分解了，可见射电核并不在展示的结构中。文[8] 23 GHz频段的观测显示核心位于该结构的西南方向约400 mas (3.16 kpc) 处，不在图 1展示的范围内。
|
| 图 1 0223+341。(a) 叠加在辐射强度图上的偏振流量灰度分布图。波束为3.3 mas×1.8 mas，位置角为-12.92 °，辐射强度图峰值流量为0.797 Jy/beam，等强度线依次为峰值流量的-0.5%, 0.7%, 1%, 2%, 5%, 10%, 25%, 50%和99%，灰度色标单位为mJy/beam。(b) 叠加在辐射强度图上的偏振矢量分布图，参数与图(a) 相同 Fig. 1 0223+341. (a) Distribution of polarization flux density superposed on the contour images of the total intensity. The restoring beam is 3.3 mas×1.8 mas in p.a. -12.92 °, the peak flux density is 0.797 Jy/beam, contours are plotted at -0.5%, 0.7%, 1%, 2%, 5%, 10%, 25%, 50% and 99% of the peak flux density, the unit of grey scale is mJy/beam. (b) Distribution of polarization vectors superposed on the contour images of the total intensity with same parameters as Fig.(a) |
文[7]甚大阵的偏振观测没有得到明显的偏振结构，偏振度小于0.6%。而本文首次得到了源0223+341在4.6 GHz的毫角秒尺度偏振结构。图 1 (a)显示该源偏振流量集中在E1东北部，峰值亮度为5.65 mJy/beam (对应13σ，rms=0.43 mJy/beam)。图 1 (b)显示其有一定的偏振结构，偏振矢量1 mas=3.125 mJy/beam。偏振方向为东北-西南方向，且无明显变化，并由E1向E2延伸，偏振度为1.18%，比较低，可能是有限的分辨率或周围介质的影响导致消偏振效应。本文利用IVS观测数据库(http://astrogeo.org/calib/search.html)，参考该源1996年2.3 GHz和8.3 GHz的甚长基线干涉阵观测图像计算了谱指数分布，偏振区域的谱指数分布在-0.6~0.02范围内，比较符合文[7]的结果。E1大部分区域和E2未观测到明显的偏振辐射，我们推测它们周围有浓密的介质，产生较强的消偏振效应，有限的分辨率也是可能的原因。
2.2 0248+430图 2 (a)和(b)分别为叠加在辐射强度图上的偏振流量灰度分布图和偏振矢量分布图(1 mas=8.448 pc)。源射电结构主要由射电核心区域C、喷流B和节点A组成，呈现典型的单侧核-喷流结构，喷流方向为150 °。射电辐射由C部分射电核主导，辐射流量占总流量的80.4%，A和B部分各占10.9%和8.7%。本次得到的射电结构符合已有的结果[5, 16]，结构稳定。射电流量方面，文[5]甚长基线干涉阵观测得到的总流量为1.4 Jy，而本次测得的总流量为1.12 Jy，变化不大。A处射电节点可能是喷流与周围介质相互作用的结果，介质环境可能比B处更复杂。
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| 图 2 0248+430。(a) 叠加在辐射强度图上的偏振流量灰度分布图。波束为3.8 mas×1.8 mas，位置角为-15.01 °，辐射强度图峰值流量为0.79 Jy/beam，等强度线依次为峰值流量的-0.08%, 0.25%, 0.5%, 1%, 2%, 5%, 10%, 25%, 50%和99%，灰度色标单位为mJy/beam。(b) 叠加在辐射强度图上的偏振矢量分布图，参数与图(a) 相同。A节点；B喷流；C射电核 Fig. 2 0248+430. (a) Distribution of polarization flux density superposed on the contour images of the total intensity. The restoring beam is 3.8 mas×1.8 mas in p.a. -15.01 °, the peak flux density is 0.79 Jy/beam, contours are plotted at -0.08%, 0.25%, 0.5%, 1%, 2%, 5%, 10%, 25%, 50% and 99% of the peak flux density, the unit of grey scale is mJy/beam. (b) Distribution of polarization vectors superposed on the contour images of total intensity with same parameters as Fig.(a). A knot; B jet; C radio core |
本文首次得到了该源4.6 GHz观测频率的毫角秒尺度偏振结构。图 2 (a)显示偏振流量集中在射电核靠近喷流的部分，偏振峰值流量为7.12 mJy/beam (对应14σ, rms=0.51 mJy/beam)，偏振矢量1 mas=3.125 mJy/beam。图 2 (b)显示其有较简单的偏振结构，偏振度达4%，偏振方向基本与喷流方向平行。本文利用IVS观测数据库，参考该源1996年2.3 GHz和8.3 GHz的甚长基线干涉阵观测图像计算了谱指数分布，偏振区域的谱指数分布在-0.3~0.1范围内。该源总体的偏振度为3.87% (见表 1)，而文[12]利用甚大阵于1981年观测得到的偏振度为0.9%，本文结果高了近3%。本文结果显示，喷流和节点没有明显的磁场和偏振，周围可能有浓密的介质，而有限的分辨率也会造成低偏振度的观测结果。
3 结论与展望本文通过4.6 GHz的甚长基线干涉测量偏振观测，对目标源0223+341和0248+430的射电结构和偏振性质进行了研究。源0223+341的射电结构主要由两个可能是热斑的部分组成，没有探测到射电核，射电辐射由其中一个热斑主导。源0248+430呈单侧核-喷流结构，射电核和喷流几乎成一条直线，但有较大尺度的节点，喷流的准直性与以往的观测结果相比有所提高。两个目标源的射电结构大体符合以往的观测结果，辐射总流量也与已有的结果相近，射电结构较稳定。
偏振方面，本文首次得到了源0223+341和0248+430的4.6 GHz毫角秒尺度的偏振结构。源0223+341的偏振度为1.18%，偏振结构比较简单，集中在一个热斑处，观测得到较微弱的偏振辐射，周围介质可能比较浓密。源0248+430的偏振辐射集中在射电核附近，偏振流量变化较大。由于光深和旋转测量的限制，无法精确反推这两个源的内禀磁场结构，有待进行其他高频段的偏振观测，进一步研究分析。
源0223+341和0248+430的偏振度都比较低。文[1-2]收集了一系列致密陡谱源和吉赫兹峰谱源的偏振观测结果后指出，在5 GHz观测频段这两类源的偏振度一般较低，且偏振度随着观测频率的增大而增大，这表明低观测频段产生低偏振度结果的原因可能是有限的分辨率或周围浓密介质产生的消偏振效应引起的。文[7]对一系列致密陡谱源进行5 GHz频率的偏振观测后也指出，其研究的大部分致密陡谱源的偏振度较低。本文研究的低偏振度观测结果符合他们的结论。
单频观测得到的信息有限，我们在下一步的工作中会给出多频的观测结果，得到基于本次观测数据的源谱指数分布和旋转测量值分布，进一步探究这些射电源的物理性质以及与介质的相互作用情况。
致谢: 本文使用了美国甚长基线干涉阵的观测数据，甚长基线干涉阵属于美国国家射电天文台，由美国联合大学管理，美国国家自然科学基金资助。在数据处理过程中使用了软件包AIPS，由美国国家射电天文台提供。
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