КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
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 проекта 25-12-00129
НазваниеИсследование циклов активности ядер галактик
Руководитель Моисеев Алексей Валерьевич, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Специальная астрофизическая обсерватория Российской академии наук , Карачаево-Черкесская Республика
Конкурс №104 - Конкурс 2025 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-705 - Галактика и Метагалактика
Ключевые слова галактики, активные галактические ядра, сверхмассивные черные дыры, межзвездная среда, оптическая спектроскопия
Код ГРНТИ41.27.29
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Активные ядра галактик (АЯГ) являются наиболее мощными источниками электромагнитного излучения в наблюдаемой Вселенной. Сейчас уже нет сомнений в том, что эта активность — явление транзиентное, связанное с аккрецией на центральный объект (сверхмассивную черную дыру). Суммарная длительность активной фазы заметно короче спокойного состояния. Появился термин "археология АЯГ", подразумевающий возможность восстановления истории активности (изменения со временем ионизующей светимости или мощности нетеплового радиоисточника) путем анализа того, как она проявляла себе на галактических и внегалактических пространственных масштабах (реликтовые радиоструктуры, газовые облака "подсвеченные ионизующим эхом" и т.п.). Наибольший прогресс в таких исследованиях достигнут в радиодиапазоне, но там обычно речь идет о картировании реликтовых структур возрастом 1-100 млн. лет., что значительно превышает ожидаемую продолжительность одного цикла активности. Изучение в оптическом диапазоне облаков межзвездной и окологалактической среды в конусе ионизации АЯГ, позволяет проследить изменения ионизующей активности на пространственных шкалах 10-100 кпк, соответствующих временам 30-300 тыс. лет. Это принципиально важно для тестирования различных моделей поступления вещества к активному ядру, а также обратного воздействия активности (AGN feedback) на межзвездную среду хозяйской галактики. Последнее является одним из важнейших, но до сих пор не достаточно понятых факторов, управляющих эволюцией галактик на космологической шкале.
В проекте предлагается сосредоточить основные усилия на исследовании оптических проявлений конусов ионизации АЯГ. Для этого будут использоваться данные наблюдений крупнейших российских оптических телескопов - 6-метрового БТА САО РАН и 2.5-м телескопа КГО ГАИШ МГУ. Сочетание карт распределения эмиссии ионизованного кислорода [OIII] с результатами щелевой и 3D спектроскопии позволит изучить историю активности в сотне галактик с протяженными эмиссионными структурами, что в разы превосходит ранее опубликованные выборки таких объектов. Будут построены пространственные модели активных областей, описывающие наблюдаемые распределения характеристик ионизованного газа на больших расстояниях от ядра. Это позволит определить параметры конусов ионизации и измерить длительность активности галактических ядер исходя из того “ионизационного следа”, которое АЯГ оставляют в межзвездном и межгалактическом газе.
В настоящее время известно всего несколько галактик, в которых одновременно наблюдаются как реликтовые протяженные радиоструктуры, так и затухание ионизующей активности. Детального теоретического объяснения такого поведения пока нет, хотя некоторые модели указывают на то, что важную роль здесь играет то воздействие, которое ядро производило на межзвездную среду галактики во время предыдущего акта активности. Планируется значительно расширить выборку подобных галактик, выполнив исследование состояния ионизованного газа за пределами галактических дисков для объектов, предварительно отобранных в радиодиапазоне.
В 2021 г. при картировании параметров ионизованного газа нескольких близких АЯГ было обнаружено, что области с повышенной дисперсией скоростей в газовых дисках располагаются перпендикулярно к направлению основного выброса. Предполагается, что это связано с особенностями распространения возмущения от вторжения истечения из АЯГ в межзвездную среду при определенной ориентации джета. В проекте планируется детально изучить частоту встречаемости данного эффекта на основе анализа открытых архивов 3D спектроскопии галактик, включая и данные БТА САО РАН.
Заметная часть необходимого для выполнения проекта наблюдательного материала уже получена на телескопах САО РАН и КГО ГАИШ МГУ, так же в проекте предполагается использовать архивные многоволновые данные других наземных и космических телескопов.
Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будет в несколько раз увеличено число известных галактик, в которых прослеживается изменение активности ядерных областей на временной шкале от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч лет. Физические характеристики (распределения лучевых скоростей и дисперсии скоростей, параметров возбуждения газа, электронной плотности, металличности), получаемые в результате анализа наблюдений, выполненных на крупнейших российских телескопах, будут сравниваться с существующими теоретическими моделями, а также являться основой для построения численных моделей связи эволюции галактики с активностью ее ядра.
Полученный наблюдательный материал о физическом состоянии газа в конусах ионизации активных галактик будет иметь самостоятельную ценность благодаря уникальному сочетанию большого поля зрения, спектрального разрешения и глубокого фотометрического предела. Планируется создать общедоступную базу обработанных данных наблюдений активных галактик методом 3D спектроскопии на 6-м телескопе САО РАН, а также интегрировать ее в основные мировые базы данных такого рода, что увеличит вклад отечественных телескопов в этом направлении исследований.
Информация, которую планируется получить о протяженных структурах ионизованного газа, связанных с действием активного галактического ядра, актуальна в связи с необходимостью интерпретации результатов рентгеновского обзора неба российско-германской космической обсерваторией «Спектр-РГ», а также перспективных космических обсерваторией «Спектр-УФ» и «Спектр-М».
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В 2025 г. были поданы заявки и проведены успешные наблюдения на 6-м телескопе САО РАН (с прибором SCORPIO-2) и 2.5-м телескопе КГО ГАИШ МГУ (с прибором MaNGaL). Получены спектры 30 галактик-кандидатов в объекты с протяженными конусами ионизации, включая 12 галактик выборки Green Bean Galaxies. Из этого списка для 5 галактик со сканирующим интерферометром Фабри-Перо (ИФП) получены кубы данных в эмиссионной линии [OIII]. Сочетание данных длиннощелевой спектроскопии и 3D-спектроскопии со сканирующим ИФП позволяет одновременно исследовать распределение, ионизационные свойства и кинематические характеристики на масштабах до нескольких десятков килопарсек.
Green Bean Galaxies – это объекты на красных смещениях z=0.2-0.6 окруженные крупномасштабными (десятки кпк) облаками ионизованного газа, наблюдаемые свойства которых дают возможность найти следы недавно угасшей активности галактического ядра. Такие системы позволяют изучать временные масштабы работы активных ядер, механизмы их воздействия на межзвёздную среду и процессы перехода между кинетическим и радиационным режимами активности ядра. Галактика Green Bean SDSSJ095100.54+051026.7 (GB 117), наблюдавшаяся в 2025 г. на 6-м телескопе САО РАН с прибором SCORPIO-2 использовалась в качестве пилотного объекта для отработки методики обработки и анализа данных. Показано, что на диагностических диаграммах отношения основных эмиссионных линий ядро галактики находится в зоне, характерной для слабых АЯГ, тогда как удаленные на 30-38 кпк облака демонстрируют значительно более высокую степень ионизации. Это согласуется с картиной, в которой периферийные области сохраняют следы более активной фазы ядра. Дополнительная диагностика с использованием линии HeII подтвердила, что жёсткое ионизирующее излучение доминирует именно в удалённых регионах, тогда как в центральной части оно отсутствует. Наблюдаемая картина объясняется в предположении резкого затухания ионизирующей светимости ядра за последние 100 тыс. лет. Результаты исследования приняты в печать: https://arxiv.org/abs/2512.00793
Выполнена обработка с новыми программами редукции архивных данных наблюдений активных галактик на 6-м телескопе САО РАН методом 3D спектроскопии с панорамным спектрографом MPFS. В финальный список вошло 97 объектов. Наблюдения выполнялись с разными комбинациями дифракционных решеток, с целью изучения, как кинематики газовой и звездной компонент, так и состояния ионизации газа методом диагностики отношения эмиссионных линий в широком спектральном диапазоне. Также обработаны имеющиеся для многих галактик данные 3D-спектроскопии с интерферометром Фабри-Перо в линиях Нальфа или [OIII] (поле зрения – 6 arcmin) и длиннощелевой спектроскопии.
На примере галактики с активным ядром Mrk 783, ранее наблюдавшейся на 6-м телескопе с прибором SCORPIO-2, реализована методика оценки содержания кислорода 12+log(O/H). Стандартные методы оценки металличности ионизованного газа (прямые методы, Te-метод) не работают в случае ионизации активным ядром галактики. Поэтому была адаптирована новая методика из работы Zhu et al. (2024).
Показано, что облака газа, выделенные по линии [OIII]5007, находящиеся в удалении от основного тела галактики, имеют существенно меньшее содержание кислорода, чем газ в диске галактики. Разница составляет 0.4-0.5 dex при оценке на основе разных спектральных линий.
Публикации
1. Смирнова А.А., Моисеев А.В., Аршинова А., Опарин Д.В., Перепелицын А.Е., Уклеин Р.И. Observations of ionized gas around active galaxiesat the 2.5-m CMO SAI MSU telescope Moscow University Physics Bulletin (год публикации - 2025)
2. Аршинова А., Сандерсон К., Моисеев А.В. Green bean galaxies and the fading echoes of AGN activity Contributions of the Astronomical Observatory Skalnaté Pleso (год публикации - 2026)