ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2020, том 46, № 7, с. 459-469

ОПТИЧЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ОБЪЕКТОВ СРГ-еРОЗИТА

НА 2.5-м ТЕЛЕСКОПЕ КАВКАЗСКОЙ ГОРНОЙ

ОБСЕРВАТОРИИ ГАИШ МГУ

К. Е. Атапин¹, М. А. Бурлак¹, О. В. Егоров¹, А. М. Татарников¹, К. А. Постнов^1,2,3,

М. И. Бельведерский^4,5, Р. А. Буренин⁴, М. Р. Гильфанов^4,6, П. С. Медведев⁴,

А. В. Мещеряков^4,3, С. Ю. Сазонов⁴, Г. А. Хорунжев⁴, Р. А. Сюняев^4,6

¹Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга

Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия

²Физический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Москва,

Россия

³Казанский федеральный университет, Казань, Россия

⁴Институт космических исследований РАН, Москва, Россия

⁵Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”, Москва, Россия

⁶Институт астрофизики общества им. Макса Планка, Гархинг, Германия

Поступила в редакцию 08.06.2020 г.

После доработки 16.06.2020 г.; принята к публикации 25.06.2020 г.

По наблюдениям с новым Транзиентным двухлучевым спектрографом (TDS) на 2.5-метровом те-

лескопе КГО ГАИШ МГУ определен тип и найдено красное смещение для 6 новых рентгеновских

источников (4 квазара и 2 скопления галактик), обнаруженных космической обсерваторией СРГ во

время наблюдений Дыры Локмана на фазе проверочных наблюдений телескопа еРОЗИТА. Показано,

что TDS позволяет получать спектры объектов ∼20^m за 2 ч наблюдений с отношением сигнал

к шуму выше 5 и разрешением R ∼ 1500. Типы и красные смещения объектов, определенные по

спектральным наблюдениям, хорошо согласуются с предсказаниями по фотометрическим данным с

помощью автоматической системы классификации SRGz.

Ключевые слова: активные ядра галактик, скопления галактик, рентгеновские обзоры, спектроскопия,

СРГ, Спектр-РГ, еРОЗИТА.

DOI: 10.31857/S0320010820070049

ВВЕДЕНИЕ

будет примерно в 25 раз выше в мягком рентге-

новском диапазоне (0.5-2 кэВ), чем у предыдущего

Рентгеновская обсерватория СРГ (Сюняев и

обзора всего неба спутника ROSAT, который был

др., 2020), запущенная 13 июля 2019 г., успешно

проведен в начале 90-х годов XX века. Полученные

работает на орбите вокруг точки Лагранжа L2

рентгеновские данные помогут решить ряд важней-

системы Земля-Солнце. Основная цель обсерва-

ших задач современной астрофизики и космологии.

тории — обзор всего неба в широком диапазоне

Среди них — измерение космологических парамет-

энергий 0.2-30 кэВ продолжительностью 4 года.

ров и восстановление истории роста сверхмассив-

В ходе обзора предполагается открыть около трех

ных черных дыр (СМЧД) во Вселенной.

миллионов активных ядер галактик (АЯГ), в том

Во время перелета обсерватории СРГ в точку

числе далеких квазаров (Колодзиг и др., 2013a,b),

Лагранжа L2 была проведена серия калибровоч-

около ста тысяч скоплений и групп галактик, а так-

ных и проверочных наблюдений (Calibration and

же сотни тысяч рентгеновских источников различ-

ной природы в нашей Галактике. Ожидается, что

Performance Verification Phase, Cal/PV-фаза) те-

чувствительность обзора неба обсерватории СРГ

лескопов АРТ-ХС (Павлинский и др., 2020) и

еРОЗИТА (Предэль и др., 2020), в ходе которой

^*Электронный адрес: dodin_nv@mail.ru

проверялось функционирование научной аппара-

459

460

ДОДИН и др.

туры в различных режимах, уточнялись характе-

имеются также данные принудительной фотомет-

ристики телескопов и проводилась отладка мате-

рии в инфракрасном диапазоне обзора WISE (Лэнг

матического обеспечения обработки данных. Для

и др., 2016). Выбранный радиус 30^′′ на порядок

проверочных наблюдений были отобраны мишени

превышает характерную ошибку локализации

и участки на небе, представляющие самостоятель-

источников еРОЗИТЫ в поле Дыры Локмана,

ный научный интерес. После завершения Cal/PV-

что гарантирует попадание оптического партнера

фазы 8 декабря 2019 г. обсерватория СРГ начала

в область поиска. Полученный фотометрический

работать в режиме обзора всего неба.

каталог возможных оптических партнеров рент-

геновских источников был обработан системой

В рамках российской программы PV-фазы те-

SRGz версии 1.8, которая оперирует в области

лескопа еРОЗИТА 12-14 ноября 2019 г. был

покрытия фотометрического обзора SDSS и в

проведен глубокий обзор участка неба площадью

автоматическом режиме анализирует совместные

18.5

кв. град вокруг Дыры Локмана (Lockman

данные широкополосной фотометрии (X_ph) из

Hole, LH). В этой области лучевая концентрация

трех крупнейших оптических обзоров — SDSS

межзвездного газа и пыли в Галактике минималь-

(фильтры u, g, r, i, z), DESI Legacy Imaging Survey

на (N_H ∼ 5 × 10¹⁹ см-2), что позволяет находить

DR8 (g_LS , r_LS , z_LS ; Дей и др. 2019), PanSTARRS1

максимальное количество внегалактических объ-

DR2 (g_PS , r_PS, i_PS , z_PS , y_PS; Чамберс и др.

ектов (скоплений галактик и квазаров) в мягком

2016), а также данные принудительной фотометрии

рентгеновском диапазоне энергий. В ходе обзора за

инфракрасного обзора WISE (фильтры w1 и w2).

время экспозиции 180 000 с была достигнута чув-

ствительность ∼4 × 10-15 эрг/с/см² в диапазоне

Система отождествления точечных рентгенов-

энергий 0.5-2 кэВ. Этот обзор стал самым боль-

ских источников SRGz представляет собой набор

шим по площади рентгеновским обзором области

программных компонентов, последовательно ре-

Дыры Локмана, причем все полученные данные

шающих задачи автоматического поиска (кросс-

принадлежат российским ученым.

отождествления) наиболее вероятного оптическо-

го компаньона, его фотометрической классифи-

Несколько кандидатов в квазары и скопления

кации (по схеме звезда/квазар/галактика) и по-

галактик, обнаруженных в рентгеновском обзоре

лучения фотометрической оценки красного сме-

Дыры Локмана, было решено пронаблюдать на

щения (photo-z). Для каждого оптического кан-

новом 2.5-м телескопе ГАИШ МГУ, чтобы точно

дидата SRGz измеряет вероятность ассоциации

установить природу объектов и убедиться в эф-

P_match с рентгеновским источником, в поле которо-

фективности нового телескопа для решения задач

го он находится (при этом учитываются точность

наземной оптической поддержки обзора СРГ. В

локализации рентгеновского объекта, плотность

данной статье представлены результаты спектро-

оптических объектов в поле и фотометрическая

скопических наблюдений рентгеновских источни-

априорная вероятность для оптического канди-

ков из обзора Дыры Локмана обсерватории СРГ на

дата). Фотометрический классификатор позволяет

новом спектрографе 2.5-м телескопа ГАИШ МГУ.

для выбранного оптического компаньона рентге-

новского источника измерить вероятность того, что

он является квазаром P_qso или галактикой P_gal (или

РЕНТГЕНОВСКИЕ ДАННЫЕ И ОТБОР

ОПТИЧЕСКИХ КАНДИДАТОВ

звездой, P_star = 1 - P_qso - P_gal). Фотометрическая

оценка красного смещения объекта доступна в

С помощью обсерватории СРГ в режиме раст-

SRGz как в виде полного прогноза условного ве-

рового сканирования были проведены наблюдения

роятностного распределения p(z|X_ph), так и в виде

площадки 5^◦ × 3.7^◦ с центром в α = 10^h35^′ и δ =

точечного прогноза z_ph и его доверительного ин-

= +57^◦38^′. Среднее время экспозиции составило

тервала CI_α с выбранным уровнем значимости α.

около 8 ксек, что позволило достигнуть средней

Также измеряется достоверность прогноза photo-z

глубины около 4 × 10-15 эрг/с/см² в диапазоне

в виде стандартной величины zConf, представ-

0.5-2 кэВ. Регистрация источников проводилась

ляющей собой вероятность найти спектральное

с помощью программного обеспечения обработ-

красное смещение в окрестности ±0.06(1 + z_ph) от

ки данных рентгеновского телескопа еРОЗИТА.

наилучшего прогноза z_ph.

Всего было обнаружено более 8000 рентгеновских

Система SRGz построена на использовании

источников.

ансамблевых древовидных алгоритмов машинного

На первом этапе была проведена кросс-

обучения (градиентный бустинг и случайный лес

корреляция в радиусе

30^′′ всех рентгеновских

деревьев решений, см. Мещеряков и др., 2018), ко-

точечных источников СРГ/еРОЗИТА из обзора

торые обучаются на выборках квазаров, галактик

Дыры Локмана c каталогом оптических источников

и звезд из спектроскопического каталога SDSS, а

SDSS DR14 (Аболфати и др., 2018), для которых

также выборки звезд GAIA DR2, ассоциированных

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 46

№7

2020

ОПТИЧЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ОБЪЕКТОВ

461

Таблица 1. Рентгеновские свойства объектов

pos.err. ext.

Объект*

R.A.

DEC

det.like

F0.3-2, 10-14 F2-6, 10-14

′′

SRGE J102214.2+563443

10:22:14.2

+56:34:43

2.2

0.6+0.2-0.1

0.9+0.8-0.5

SRGE J104529.2+602537

10:45:29.2

+60:25:37

3.2

0.6+0.2-0.1

0.22+0.29-0.17

SRGE J104842.6+551858

10:48:42.6

+55:18:58

375

6.0+0.4-0.6

2.7+1.4-0.5

SRGE J105213.3+585541

10:52:13.3

+58:55:41

411

7.5+0.6-1.0

8.0+2.2-3.0

SRGE J105256.0+585146

10:52:56.0

+58:51:46

1.8

1.6+0.3-0.2

0.9+0.5-0.3

SRGE J110359.2+585028

11:03:59.2

+58:50:28

3.0

0.7 ± 0.2

0.4 ± 0.2

* Приведены полные названия источников, далее в статье используются их сокращенные названия в формате Jhhmm ddmm.

Примечание. pos.err. — Ошибка положения источника (1σ); ext. — протяженность рентгеновского источника; det.like —

значимость детектирования; F0.3-2, F2-6 — рентгеновские потоки (в эрг/с/см²) в энергетических диапазонах 0.3-2 и 2-6 кэВ

(без поправки за поглощение), полученные в результате моделирования спектра источника степенной функцией с поглощением.

Ошибка соответствует 68% уровню достоверности (1σ).

с источниками из рентгеновского каталога XMM-

обзоров неба в области локализации протяжен-

Newton (3XMM DR8). Подробнее принципы рабо-

ного рентгеновского источника проводился поиск

ты SRGz и реализованные в ней алгоритмы будут

красной последовательности галактик скопления.

представлены в отдельной статье (Мещеряков и

Кандидаты для спектроскопии отбирались среди

др., 2020). Дополнительную информацию об отборе

ярчайших галактик красной последовательности.

для спектроскопии кандидатов в квазары из рент-

Такая методика позволяет даже по одному спек-

геновского обзора Дыры Локмана можно найти в

троскопическому измерению получить надежное и

статье Хорунжев и др. (2020). Система SRGz была

точное измерение красного смещения скопления

создана в рабочей группе по поиску рентгеновских

галактик.

источников, их отождествлению и составлению ка-

Для пробных наблюдений на 2.5-м телескопе

талога по данным телескопа еРОЗИТА в отделе

КГО ГАИШ МГУ были отобраны скопления га-

астрофизики высоких энергий ИКИ РАН.

лактик из обзора Дыры Локмана в широком диа-

Для пробных наблюдений на 2.5-м телескопе

пазоне красных смещений z = 0.2-0.7 (согласно

КГО ГАИШ МГУ были отобраны кандидаты в

фотометрическим оценкам). Чтобы измерить крас-

квазары c i_PSF < 20 в интервале красных смеще-

ные смещения этих скоплений, в них для спектро-

ний 0 < z ≲ 3 (по фотометрической оценке), для

скопических наблюдений были отобраны ярчайшие

которых ранее не имелось спектроскопических из-

галактики красной последовательности.

мерений красного смещения. Наиболее вероятные

Рентгеновские свойства отобранных объектов

оптические компаньоны для рентгеновских источ-

приведены в табл. 1. Их рентгеновские и оптиче-

ников выбирались по значению P_match.

ские изображения представлены на рис. 1.

Скопления галактик на изображениях телеско-

па еРОЗИТА выглядят как протяженные рент-

геновские источники. Отождествление скоплений

НАБЛЮДЕНИЯ

галактик проводилось по данным обзоров неба в

оптическом и ИК-диапазонах (SDSS, DESI LIS,

Наблюдения выполнялись с помощью 2.5-м

PanSTARRS, WISE). Для этого использовалась

рефлектора F/8 системы Ричи-Кретьена, уста-

процедура, которая применялась нами ранее в ра-

новленного на Кавказской горной обсерватории

ботах по оптическому отождествлению скоплений

Государственного астрономического института им.

галактик среди источников Сюняева-Зельдовича,

П.К. Штернберга Московского государственного

обнаруженных в обзоре обсерватории им. Планка

университета им. М.В. Ломоносова. Обсерватория

(Сообщество Планка, 2015; Буренин, 2017; Бу-

и астроклимат места наблюдений описаны в статье

ренин и др., 2018). По фотометрическим данным

Корнилов и др. (2014).

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 46

№7

2020

462

ДОДИН и др.

SRGE J105256.0+585146

SRGE J04529.2+602537

SRGE J104842.6+551858

SRGE J02214.2+563443

SRGE J110359.3+585028

SRGE J05213.3+585541

Рис. 1. В левом столбце показаны изображения источников СРГ/еРОЗИТА в рентгеновском диапазоне 0.5-2 кэВ, в

правом — изображения в фильтре iPS обзора Pan-STARRS их возможных оптических компаньонов. Размер изображе-

ний 1.5 × 1.5 угл. мин. Стрелкой отмечен наиболеевероятный оптическийпартнер для данного рентгеновскогоисточника,

для него снимался спектр с помощью спектрографа TDS 2.5-м телескопа КГО. Окружность радиусом 10 угл. сек

обозначает область гарантированной локализации рентгеновского источника. Для предполагаемых скоплений галактик

SRGE J104842.6+551858 и SRGE J105213.3+585541 окружность показывает радиус протяженности рентгеновского

источника.

Транзиентный Двухлучевой Спектрограф¹

имеются рабочая 1^′′ и спектрофотометрическая

(ТДС) разработан для наблюдений нестационар-

10^′′ щели. В составе спектрографа имеются

ных и внегалактических источников на 2.5-м теле-

камера защелевого подсмотра и калибровочный

скопе КГО ГАИШ МГУ в оптическом диапазоне c

узел, позволяющий снимать линейчатый спектр

низким спектральным разрешением. Регистрация

газоразрядной Ne-Kr-Pb лампы с полым катодом

спектра проводится одновременно в двух кана-

(ЛПК), а также источник с непрерывным спектром

лах: коротковолновом (350-585 нм, дисперсия

(“плоское поле”) для учета виньетирования и

1.21

A/пиксель, разрешающая сила R ∼ 1200 с

неравномерности ширины щели. Световая эффек-

рабочей шириной щели 1”) и длинноволновом

тивность (пропускание) всего оптического тракта,

(565-750

нм, дисперсия

0.87

/пиксель, R ∼

включая атмосферу, телескоп и спектрограф, но

∼ 2200), свет между которыми распределяется

без учета переменных потерь на щели, составляет

дихроичным зеркалом с 50% уровнем пропускания

в максимуме не менее 30%: в “синем” канале

на длине волны 575 нм. Приемниками служат две

31% и 45% в “красном”. Спектрограф постоянно

ПЗС-камеры на основе детекторов E2V 42-10,

установлен в фокусе Кассегрена телескопа вместе

охлаждаемые до -70^◦C и имеющие шум считы-

с фотометрической ПЗС-камерой широкого поля,

вания менее 3 электронов на рабочей скорости

свет в спектрограф подается вводящимся в тракт

считывания 50 кГц. Длина входной щели 3 угл. мин,

плоским диагональным зеркалом. Подробно ин-

¹ http://lnfm1.sai.msu.ru/kgo/instruments/tds

струмент описан в статье Потанин и др. (2020).

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 46

№7

2020

ОПТИЧЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ОБЪЕКТОВ

463

Таблица 2. Оптические свойства объектов и журнал наблюдений

JD 245... t_exp

Источник

N SNR_B SNR_R g_PSF r_PSF i_PSF

h m s

◦

′

′′

дни

сек

J1022+5634

10 22 14.2

+56 34 42

8911.54

1200

5.1

7.7

20.38

19.86

19.68

J1045+6025

10 45 28.9

+60 25 36

8853.62

300

3.8

5.8

19.63

19.62

19.54

J1048+5518

10 48 42.5

+55 18 57

8854.53

300

1.1

6.1

19.94^∗

18.46^∗

17.90^∗

J1052+5855

10 52 12.5

+58 55 33

8922.31

1200

0.3

2.4

24.59^∗

20.68^∗

19.58^∗

J1052+5851

10 52 55.9

+58 51 45

8852.63

600

2.9

2.5

19.78

19.66

19.59

J1103+5850

11 03 58.7

+58 50 25

8913.59

1200

4.3

5.8

20.32

19.97

19.81

^∗ Протяженные в оптике галактики, для которых приведено значение modelMag.

Примечание. JD — юлианская дата середины наблюдений; texp — время экспозиции, N — число усредняемых кадров;

SNR_B,R — медианное отношение сигнала к шуму в синем и красном каналах для итогового спектра. Видимые звездные величины

из каталога SDSS в фильтрах g, r, i приведены в колонках gPSF , rPSF , iPSF .

Спектральные наблюдения проводились в ян-

спектру ЛПК. Дисперсионная кривая аппрок-

варе и марте 2020 г. в ясную погоду до восхода

симировалась полиномом 5-й степени методом

Луны в темное время ночи. Ориентация щели

наименьших квадратов с весами, зависящими от

устанавливалась по снимку с камерой широкого

ошибки определения положения линий. Положе-

поля так, чтобы помимо объекта в щель попа-

ния линий определялись путем аппроксимации их

дала относительно яркая звезда в ближайших

гауссовским профилем. Остаточные отклонения

окрестностях. Затем, при переходе системы в

положений индивидуальных линий от полинома не

спектральный режим, положение щели контроли-

превышают 0.5˚A.

ровалось по этой звезде, так как сам объект был не

Неравномерность чувствительности вдоль

виден в камеру подсмотра спектрографа, а затем

щели исправлялась путем вычисления плоского

поддерживалось автогидирующим устройством

поля либо по спектру сумеречного неба, либо по

телескопа. Непосредственно после измерений

спектру источника непрерывного спектра.

каждого объекта выполнялись калибровочные

Комбинирование кадров отдельных экспози-

измерения звезды-стандарта из списка ЕЮО

ций в суммарное изображение.

https://www.eso.org/sci/observing/tools/standards/

Экстракция спектра. Отсчеты суммировались

spectra/stanlis.html. Список объектов и выполнен-

в апертуре длиной 2′′.5 за вычетом фона, который

ных измерений представлен в табл. 2.

определялся как медианное среднее по областям

длиной 15^′′-20^′′ по обеим сторонам от спектра

объекта. Шаги до этого включительно выполня-

Обработка наблюдений

лись также для спектро-фотометрических стан-

Обработка проводилась с помощью специально

дартов, по которым определялась кривая реакции

созданного пакета программ на языке python и

всей системы.

включала в себя следующие этапы:

Коррекция длин волн по линиям ночного

Вычитание темновых кадров. Наборы темно-

неба. Типичная величина поправки составляла до-

вых кадров для разных времен экспозиций были

лиÅ.

сняты заранее при той же температуре и тех же

Коррекция за кривую реакции системы вы-

настройках приемника, что и во время наблюдений.

полнялась по найденному отношению экстраги-

Удаление следов космических лучей прово-

рованных спектров стандартов к опубликованным

дилось с помощью пакета LAcosmic (ван Док- кум,

распределениям энергии в их спектрах.

2001).

Поскольку наблюдения проводились с узкой

Коррекция кривизны изображения щели

щелью, мы приводим спектры только в относи-

и калибровка по длинам волн проводились по

тельных единицах. Заметим, что и в этом случае

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 46

№7

2020

ОПТИЧЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ОБЪЕКТОВ

465

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

2.0

J1048+5518, z = 0.2533 CaIIH, K

1.5

1.0

0.5

0.0

MgI

NaID

4000

4500

5000

5500

6000

6500

7000

7500

2500

3000

3500

4000

4500

2.0

J1052+5855, z = 0.582

CaIIH, K

1.5

1.0

0.5

0.0

4000

4500

5000

5500

6000

6500

7000

7500

, Å

Рис. 3. Спектры ярчайших галактик скоплений. На нижней оси показаны наблюдаемые длины волн. Верхняя ось

соответствует длинам волн в системе отсчета источника. Серая линия — оригинальные наблюдения. Сплошная черная

линия — наблюдения, сглаженные скользящим средним. Штриховая линия — смещенный для удобства сравнения

спектр галактики SDSS J231904.77-082906.3. Сплошными вертикальными чертами отмечены положения линий,

которые использовались для измерения красного смещения, штриховыми чертами — вычисленные положения линий по

найденному красному смещению.

распределение энергии может быть искажено из-за

провести визуальную идентификацию линий. Для

вариаций спектральной прозрачности атмосферы

измерения красного смещения z мы использовали

и зависимости атмосферного дрожания от длины

линии, отмеченные на рис. 2 и 3. Для каждой линии

волны, однако для выводов статьи эти эффекты не

мы визуально определили интервал длин волн, в

играют роли.

котором может находиться центр линии. Середины

таких интервалов использовались для оценки z_i

каждой линии, а их ширины для определения меры

РЕЗУЛЬТАТЫ

неопределенности δz_i красного смещения z_i. Ито-

На основе фотометрических данных (SDSS,

говое красное смещение и его разброс приведены

DESI LIS, PanSTARRS, WISE) из 6 объектов 4

в табл. 3 и определялись как средневзвешенное по

были классифицированы системой SRGz как ква-

всем линиям:

зары. С помощью SRGz фотометрические красные

∑

смещения были определены и для ярчайших га-

z= w_iz_i/ w_i,

лактик скоплений. Полученные спектральные дан-

i=1

ные подтвердили результаты классификации SRGz

для всех объектов. Спектры квазаров показаны на

∑

рис. 2, а ярчайших галактик скоплений — на рис. 3.

w_i(z_i - z)²/

w_i,

n-1

Для каждого объекта было определено красное

i=1

смещение. Полученные спектры имеют избыточное

где w_i = δz-2i, а t(n) — коэффициент Стьюдента

спектральное разрешение для решения этой за-

дачи, но недостаточное отношение сигнала к шу-

для доверительной вероятности 0.68, n — число

му. Поэтому исходные спектры были сглажены по

линий. Основными источниками неопределенности

10 точкам (в случае J1052+5855 по 20 точкам), что

δz_i являются ширина линии, степень ее симмет-

позволило увеличить отношение сигнала к шуму и

ричности, блендирование с другими линиями; таким

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 46

№7

2020

466

ДОДИН и др.

Таблица 3. Результаты SRGz (на основе фотометрических данных) и спектроскопические измерения, полученные

для оптических компаньонов рентгеновских источников

Спектроскопия

LX,2-10

SRGz

Источник

Класс

z_spec

×10⁴⁴ эрг/с

z_phot

zConf P_qso

P_gal

P_match

J1022+5634 квазар

3.13 ± 0.01

4.8+1.6-0.8

3.15+0.12-0.12

0.95

0.98

0.00

0.97

J1045+6025 квазар

1.292 ± 0.004

0.6+0.2-0.1

1.57+0.13-0.23

0.57

1.00

0.00

1.00

J1048+5518 галактика

0.2533 ± 0.0004

0.27+0.02-0.01

1.00

0.02

0.98

J1052+5855 галактика

0.582 ± 0.001

0.61+0.04-0.02

0.98

0.02

0.98

J1052+5851 квазар

2.17 ± 0.01

5.6+1.1-0.7

2.18+0.03-0.07

0.99

1.00

0.00

1.00

J1103+5850 квазар

2.467 ± 0.003

3.3+0.9

2.32+0.14-0.06

0.85

0.99

0.00

0.99

-0.9

образом, узкие линии правильной формы получали

не только линии, по которым определялось z, но

наибольший вес в усреднении. Мы не применяли

и другие сильные особенности (G полоса, линии

формальные методы определения центра линий,

Mg I), а также общее распределение энергии, что

поскольку линии часто имеют сложную форму и

свидетельствует о правильности идентификации

простые методы определения центра могут приво-

линий. Поскольку эти галактики входят в красные

дить к систематическим ошибкам не только в z_i, но

последовательности, измерения красных смещений

ивδz_i.

этих галактик дают также красные смещения соот-

ветствующих скоплений.

В случае квазаров в качестве центральной ла-

бораторной длины волны сливающихся многоком-

Для квазаров — точечных рентгеновских источ-

понентных линий брались усредненные с весами gf

ников — в табл. 3 приведено значение рентгенов-

длины волны каждой компоненты, что оправдано в

ской светимости в системе отсчета квазара в диа-

случае оптически тонких линий. Для абсорбцион-

пазоне 2-10 кэВ. Светимость получена из наблю-

ной линии Na I D, наблюдаемой в спектрах галак-

даемого рентгеновского потока в диапазоне 0.3-

тик, за центральную длину волны бралась средняя

2 кэВ в предположении, что рентгеновский спектр

длина волны обоих компонент, что оправдано для

квазара описывается степенным законом с фотон-

оптически толстого случая, когда оба компонента

ным индексом Γ = 1.8.

имеют практически равные эквивалентные шири-

ны.

ОЦЕНКА МАСС СМЧД И ТЕМПОВ

Поскольку в случае квазаров в оптический диа-

АККРЕЦИИ ПО ПАРАМЕТРАМ ЛИНИИ

пазон попадают линии вакуумного ультрафиолета,

C IV

то при вычислении z все длины волн были приведе-

ны к значениям в вакууме.

Объекты J1052+5851 и J1022+5634 имеют в

своих спектрах достаточно выразительную эмис-

Спектры обеих ярчайших галактик скоплений

сионную линию С IV для того, чтобы можно бы-

имеют изрезанную форму и сильно зашумлены,

ло применить метод оценки массы СМЧД по ее

что осложняет узнаваемость линий. Для провер-

ширине (Парк и др., 2013). Для измерения шири-

ки правильности идентификации найденных линий

ны линии мы фитировали ее профиль гауссианой,

Na I и Ca II мы сравнили на рис. 3 спектры

маскируя абсорбционные детали. Инструменталь-

наших объектов со спектром галактики SDSS

ная ширина профиля оценивется по линии неба

J231904.77-082906.3, который был выбран из ка-

5577

и дает пренебрежимо малый вклад в об-

талога RCSED² (Чилингарян, Золотухин, 2012;

щую ширину линий С IV. Для применения метода,

Чилингарян и др., 2016) и сдвинут по длинам волн

помимо ширины линии С IV, необходимо знать

на найденное z (с учетом собственного z выбранной

монохроматическую светимость в континууме λL_λ

галактики). Видно, что в обоих спектрах совпадают

в районе 1350

A в системе отсчета источника.

² http://rcsed.sai.msu.ru

В системе отсчета наблюдателя эта длина волны

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 46

№7

2020

ОПТИЧЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ОБЪЕКТОВ

467

Таблица 4. Оценка масс СМЧД

FWHM_CIV

1350F^raw1350

1350F₁₃₅₀

1350L₁₃₅₀

Источник

lg M_ЧД/M_⊙

км/с

эрг/с/см²

эрг/c

J1022+5634

3.13

7500 ± 300

1.38 × 10-13

1.64 × 10-13

1.5 × 10⁴⁶

9.1 ± 0.5

J1052+5851

2.17

5600 ± 300

3.16 × 10-13

2.40 × 10-13

9 × 10⁴⁵

8.9 ± 0.5

попадает в видимый диапазон, и нужная величи-

работы Даи и др. (2014). Эти объекты были ото-

на может быть вычислена из наших наблюдений.

браны по потоку на длине волны 24 мкм в ин-

Поскольку спектры были получены с узкой щелью,

фракрасном обзоре SWIRE обсерватории Spitzer

мы скорректировали наблюдаемые потоки F^raw1350,

на площадке размером ≈11 кв. градусов (которая

используя фотометрию SDSS. Величина коррек-

входит в область покрытия обзора Дыры Локмана

ции составляла около 20%. Для расчета фотомет-

обсерватории СРГ) и отождествлены как квазары

рического расстояния по красному смещению мы

с широкими эмиссионными линиями в ходе спек-

использовали космологический калькулятор (Райт,

троскопического обзора на телескопе MMT. Как

2006) для параметров H₀ = 69.6, км/с/Мпк, Ω_M =

видно на рис. 4, отношение L_bol/L_Edd для кваза-

= 0.286 и Ω_vac = 0.714. Полученные величины λL_λ

ров J1022+5634 и J1052+5851 оказывается среди

самых высоких значений для квазаров в области

и FWHM_CIV собраны в табл. 4.

Дыры Локмана.

Соотношение, связывающее ширину линии в

системе отcчета квазара (FWHM_CIV) и монохро-

матическую светимость континуума L₁₃₅₀ c массой

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СМЧД, взято из статьи Парк и др. (2013):

На практике показано, что введенный в эксплу-

M_BH

1350L₁₃₅₀

FWHM_CIV

атацию на 2.5-м телескопе КГО ГАИШ МГУ спек-

= α + β lg

+ γ lg

трограф TDS позволяет получать спектры объек-

M_⊙

10⁴⁴эрг/с

1000 км/с

тов ∼20^m за 2 ч наблюдений с отношением сигнал к

где α = 7.48 ± 0.24, β = 0.52 ± 0.09 и γ = 0.56 ±

шуму больше 5 и разрешением R ∼ 1500. Такие ха-

рактеристики позволяют использовать инструмент

± 0.48. Для обоих объектов получившиеся зна-

для изучения слабых объектов, в частности, оп-

чения масс составляют 10⁹ M_⊙ с точностью до

тических компаньонов рентгеновских источников,

фактора 3 (см. табл. 4). Заметим, что невысокая

которые открываются в большом количестве об-

точность оценки определяется не качеством на-

серваторией СРГ. Значительный объем наблюда-

блюдений, а неопределенностью коэффициентов α,

тельного материала СРГ требует автоматического

βиγ.

отождествления рентгеновских источников в опти-

Используя полученные значения L₁₃₅₀, мож-

ческом диапазоне, их классификации и фотомет-

но оценить болометрическую светимость ква-

рических измерений красных смещений. Для ре-

заров J1022+5634 и J1052+5851: L_bol = 3.81 ×

шения этой задачи в отделе астрофизики высоких

× 1350L₁₃₅₀. Это соотношение взято из работы

энергий ИКИ РАН была создана система SRGz на

Даи и др. (2014) и основано на усредненном спек-

основе алгоритмов машинного обучения, а также

тральном распределении энергии квазаров 1-го

созданы алгоритмы автоматического поиска крас-

ных последовательностей в скоплениях галактик

типа из работы Ричардс и др. (2006). На основе

по данным в оптическом и ИК-диапазонах.

полученных оценок масс СМЧД, в свою очередь,

можно оценить эддингтоновские светимости обоих

Первые спектральные наблюдения со спектро-

объектов: L_Edd = 1.26 × 10³⁸(M_BH /M_⊙) эрг/с. В

графом TDS кандидатов в квазары на z ≲ 3 и скоп-

лений галактик, открытых телескопом еРОЗИТА

итоге для обоих квазаров получается L_bol/L_Edd ≈

обсерватории СРГ, показали, что система SRGz

≈ 0.3 (от ∼0.1 до ∼1 c учетом погрешности),

правильно отождествляет такие объекты, а ее ре-

т.е. аккреция на СМЧД идет в высоком темпе и

зультаты по фотометрическому измерению крас-

радиационно эффективном режиме.

ных смещений рентгеновских источников хорошо

Полученные значения интересно сравнить с со-

согласуются с результатами оптической спектро-

ответствующими значениями для представитель-

скопии. Характеристики нового спектрографа TDS

ной выборки (391 объект) ранее известных ква-

КГО ГАИШ МГУ позволяют решать широкий круг

заров в области Дыры Локмана из упомянутой

задач, связанных с отождествлением в видимом

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 46

№7

2020

468

ДОДИН и др.

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

z, redshift

Рис. 4. Слева: распределение ранее известных квазаров с широкими эмиссионными линиями в области Дыры Локмана

(Даи и др. 2014, серые точки) по красному смещению и массе СМЧД. Черными квадратами с ошибками показаны

соответствующие значения для квазаров SRGE J102214.2+563443 и SRGE J105213.3+585541, обнаруженных в ходе

рентгеновскогообзора Дыры Локмана телескопом СРГ/еРОЗИТА и отождествленныхс помощью 2.5-м телескопа КГО

ГАИШ МГУ. Справа: соответствующая диаграмма для темпа аккреции и массы черной дыры.

диапазоне рентгеновских источников обзора СРГ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

и определением их физических свойств.

Аболфати и др. (B. Abolfathi, D. Aguado, G. Aguilar,

P. Allende, A. Almeida, T. Ananna, et al.), Astrophys.

Спектрограф TDS создан при финансовой под-

J. Suppl. Ser. 235, 42 (2018).

держке программы развития МГУ им. М.В. Ло-

Буренин Р.А., Письма в Астрон. журн. 43, 559

моносова и грантов РНФ 16-12-10519 (красный

(2017) [R.A. Burenin, Astron. Lett. 43, 507 (2017)].

канал), РНФ 17-12-01241 (синий канал). Работа

Буренин Р.А., Бикмаев И.Ф., Хамитов И.М., За-

знобин И.А., Хорунжев Г.А., Еселевич М.В. и

АВД, САП, ААБ, ОВЕ, АМТ, КАП выполнена

др., Письма в Астрон. журн.

44,

297

(2018)

при поддержке гранта Программы развития МГУ

[R.A. Burenin et al., Astron. Lett. 44, 297 (2018)].

“Ведущая научная школа “Физика звезд, реляти-

ван Доккум (P.G. van Dokkum), PASP 113, 1420

вистских объектов и галактик”.

(2001).

Даи и др. (Y.S. Dai, M. Elvis, J. Bergeron, G. Fazio,

Это исследование основано на наблюдениях

et al.), Astrophys. J. 791, 113 (2014).

телескопа еРОЗИТА на борту обсерватории СРГ.

Дей и др. (A. Dey, D.J. Schlegel, D. Lang, R. Blum,

Обсерватория СРГ изготовлена Роскосмосом

et al.), Astron. J. 157, 168 (2019).

в интересах Российской академии наук в лице

Колодзиг и др. (A. Kolodzig, M. Gilfanov,

Института космических исследований (ИКИ) в

R. Sunyaev, S. Sazonov, and M. Brusa), Astron.

рамках Российской федеральной научной про-

Astrophys. 558, A89 (2013).

граммы с участием Германского центра авиации

Колодзиг и др. (A. Kolodzig, M. Gilfanov, G. Huetsi,

и космонавтики (DLR). Рентгеновский телескоп

and R. Sunyaev), Astron. Astrophys. 558, A90

(2013).

СРГ/еРОЗИТА изготовлен консорциумом гер-

Корнилов и др. (V. Kornilov, B. Safonov, M. Kornilov,

манских институтов во главе с Институтом внезем-

N. Shatsky, O. Voziakova, S. Potanin, et al.), PASP

ной физики Общества им. Макса Планка (MPE)

126, 482 (2014).

при поддержке DLR. Космический аппарат СРГ

10.

Лэнг и др. (D. Lang, D. Hogg, and D. Schlegel),

спроектирован, изготовлен, запущен и управляется

Astron. J. 151, 36 (2016).

НПО им. Лавочкина и его субподрядчиками.

11.

Мещеряков и др. (А. Мещеряков, В. Глазкова,

Прием научных данных осуществляется ком-

С. Герасимов, И. Машечкин), Письма в Астрон.

плексом антенн дальней космической связи в

журн. 44, 801 (2018).

[A. Mescheryakov, et al.,

Медвежьих озерах, Уссурийске и Байконуре и

Astron. Lett. 44, 735 (2018)].

12.

Мещеряков (А. Мещеряков), in preparation (2020).

финансируется Роскосмосом. Использованные в

13.

Павлинский (М.Н. Павлинский), in preparation

настоящей работе данные телескопа еРОЗИТА

(2020).

обработаны с помощью программного обеспечения

14.

Парк и др. (D. Park, J. Woo, K. Denney, and J. Shin),

eSASS, разработанного германским консорциумом

Astrophys. J. 770, 87 (2013).

еРОЗИТА, и программного обеспечения, разра-

15.

Потанин и др. (S. Potanin, N. Shatsky, et al.), in

ботанного российским консорциумом телескопа

preparation (2020).

СРГ/ еРОЗИТА.

16.

Предэль (P. Predehl), in preparation (2020).

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 46

№7

2020