Астрономический журнал, 2020, T. 97, № 8, стр. 619-630

1. ВВЕДЕНИЕ

3C396 (G39.2-0.3) относится к числу комбинированных остатков сверхновых (ОСН), т.е. имеет расширяющуюся оболочку, внутри которой расположены туманность пульсарного ветра (плерион) и точечный рентгеновский источник, вероятно, пульсар [1, 2]. Классификация 3С396 оставалась предметом дискуссий в течение длительного времени: приводились аргументы в пользу принадлежности его как к комбинированным остаткам, так и к оболочечным, последнее предположение преобладало. Наблюдения в радиодиапазоне с высоким угловым разрешением, позволяющим исследовать распределение радиояркости по источнику, выявили его сложную структуру. По данным наблюдений на VLA [3], радиоизображение имеет близкую к эллипсу форму с размерами осей 8$\prime $ × 6$\prime $ [4] c максимумом в центре и уярчением к краям. Распределение радиояркости по источнику неоднородно, имеются крупномасштабное уярчение от северо-восточного края к юго-западному, а также детали в виде волокон и узлов. По совокупности собственных и опубликованных данных, приведенных к шкале потоков BGPW [5], в [3] получен спектр ОСН 3C396. Данные аппроксимированы степенной зависимостью плотности потока S от частоты f в виде S(f) ∝ (f)^–α, где α – спектральный индекс, α = = 0.42 ± 0.2. Основываясь на радиоизображениях источника, а также величине спектрального индекса, типичной для оболочечных ОСН, авторы [3] пришли к выводу, что 3С396 – чисто оболочечный остаток с сильно неоднородной оболочкой, а максимум излучения в центре обусловлен проекцией яркого фрагмента оболочки на эту часть источника. На радиоизображении 3C396 [3] на волне 20 см при высоком динамическом диапазоне присутствует деталь с низкой яркостью, “шлейф” или “хвост”, протяженная струя, исходящая из северо-восточного края остатка и закрученная вдоль северного края с постепенным ослаблением. Спектральный индекс “шлейфа” оценен как 0.15 ± 0.12, в отличие от остатка в целом.

В работе [6] по данным измерений на VLA на волнах λ = 6 см и λ = 20 см определялись пространственные вариации спектрального индекса по изображению 3С396, обнаружены изменения порядка Δα ~ 0.2. Согласно [6], спектральный индекс остатка в целом α = 0.53, наиболее плоским оказался спектр центральной области остатка с α = 0.39, а в северном и южном краях оболочки α = 0.55 и 0.58 соответственно.

Классификация 3С396 уточнена наблюдениями этого ОСН в рентгене. По данным [2], основанным на наблюдениях обсерватории “Чандра”, вблизи центра остатка видна нетепловая туманность, содержащая точечный источник. Авторы интерпретируют ее как синхротронную туманность пульсарного ветра (ТПВ), окружающую еще не обнаруженный пульсар. По данным [2], в рентгене угловые размеры плериона 55 × 20. В радиодиапазоне этой области соответствуют участок с более плоским спектром [6] и высоко поляризованная область вблизи центра ОСН [3]. Основанная на данных в рентгеновском диапазоне оценка вклада ТПВ в полный поток 3С396 на волне λ = 21 см составляет 4% [2].

Расстояние до 3С396 по наблюдениям CO составляет ~6.2 кпк, а оценка возраста – около 3000 лет [7].

В разное время были проведены многочисленные радионаблюдения ОСН 3С396, и опубликовано большое количество данных о потоках этого источника на разных частотах, по которым определялись параметры его спектра. При сравнении этих параметров очевиден разброс значений спектрального индекса: от α = 0.6 [4] до α = 0.364 [8] и менее, и задача уточнения спектра 3С396 и его временной стабильности остается актуальной. В радиоспектрах молодых ОСН наблюдаются эволюционные и нестационарные изменения [9–11], анализ которых важен для изучения физической природы объектов. Для уточнения спектра 3С396, выявления динамики его эволюции и нестационарных изменений необходимы дальнейшие измерения плотностей потоков, а также приведение опубликованных данных в единую систему на основе точной абсолютной шкалы потоков.

В настоящей работе представлены результаты измерений плотностей потоков 3С396 на радиотелескопе РТ-32 обсерватории Светлое ИПА РАН, а также приведения опубликованных данных в единую систему на основе шкалы потоков “искусственная луна” (ИЛ) [12] с целью уточнения спектра этого источника и исследования его динамики.

2. ИЗМЕРЕНИЯ НА РАДИОТЕЛЕСКОПЕ РТ-32 ОБСЕРВАТОРИИ СВЕТЛОЕ ИПА РАН

Измерения плотностей потоков ОСН 3С396 относительно стандартов шкалы потоков ИЛ выполнены на радиотелескопе РТ-32 обсерватории Светлое ИПА РАН в 2017–2018 гг. Параметры полноповоротного параболического радиотелескопа РТ-32 диаметром 32 м обсерватории Светлое ИПА РАН приведены в табл. 1 ([13–15]), где использованы следующие обозначения: f – частота (МГц); Т_пр – шумовая температура входа приемника (K); Т_ша – шумовая температура антенны (K); Т_сис – шумовая температура системы (K); Δf  – полоса пропускания приемника (МГц); КИП – коэффициент использования поверхности; HPBW – ширина диаграммы направленности на уровне 0.5 мощности (в угловых минутах). Поляризация всех облучателей круговая.

Плотности потоков исследуемых источников измерены относительно источников – стандартов шкалы потоков ИЛ [12]. Шкала потоков ИЛ основана на абсолютных измерениях по методу “искусственной луны”, превосходящему по точности другие методы и включает в себя более 15 стандартных источников со спектрами, перекрывающими диапазон частот 38 МГц–200 ГГц. Существенным отличием от других шкал и преимуществом шкалы ИЛ является независимый от абсолютных измерений контроль формы спектров источников (метод относительных спектров). Шкала потоков ИЛ адаптирована на частоты до 200 ГГц на основе стандартного спектра Крабовидной туманности, подробно исследованного путем абсолютных измерений по методу “искусственной луны” [9]. Спектр Крабовидной туманности степенной, и на основе метода относительных спектров показано, что степенной закон выполняется, по крайней мере, до 200 ГГц:

где S(f) (Ян) – плотность потока на частоте f (МГц); S₀ (Ян) – параметр, равный плотности потока на частоте f₀(МГц); α – спектральный индекс. Среднее значение α = 0.327 ± 0.002 и не зависит от времени; $\frac{1}{S}\frac{{dS}}{{dt}}$ = (–0.159 ± 0.024)%/год; S₀ = (937 ± 22) Ян на частоте f₀ = 1 ГГц на эпоху 1992.7.

Основным стандартом радиоизлучения в шкале потоков ИЛ является внегалактический источник 3C295. Его характеризуют стабильное на волнах длиннее 1 см радиоизлучение и малые угловые размеры: 5 × 1 [16]. В шкале потоков ИЛ спектр 3C295 в диапазоне частот 1425–8450 МГц определяется степенной функцией (1) с параметрами α = 1.007; S₀ = 8.249 Ян на частоте f₀ = 3500 МГц.

На радиотелескопе РТ-32 можно измерять отношения плотностей потоков исследуемых источников и стандартов шкалы потоков ИЛ на четырех частотах: 1550, 2370, 4840, 8450 МГц. Абсолютные плотности потоков ОСН получены по измеренным отношениям потоков ОСН и стандартов шкалы ИЛ.

Погрешности измерений включают среднеквадратичное отклонение отношений пиковых антенных температур, которое не превышало 3%, а также погрешности поправки за частичное разрешение 3С396 диаграммой направленности антенны. Методика определения этой поправки аналогична применявшейся в работе [11], где она подробно описана. Погрешность коррекции за разрешение источника зависит от разности профилей антенной температуры скана и аппроксимирующей гауссианы. В случае 3С396 профили сканов вдоль обеих осей мало отличаются от гауссиан, и погрешность поправок, максимальная для волны λ = 3.5 см, не превысила 3%. Профили определялись путем усреднения двух противоположно направленных сканов. При наблюдениях применялась методика “on”–“off”, и направление позиционного угла источника при наведении на него антенны с круговой поляризацией и круговой симметрией луча поправок не требует. Коррекция за атмосферное поглощение вводилась в виде множителя e^γ, где γ = A_λ/sin h, где h – угол места (высота) антенны. Для длин волн 18 см; 13 см; 6.2 см; 3.5 см A_λ составляет соответственно 0.01; 0.011; 0.012; 0.013.

Причиной погрешности определения плотности потока ОСН при сравнении со стандартом 3C295 может быть различие спектральных индексов (соответственно менее 0.5 и 1.007). В нашем случае погрешность не превышает 0.3% и поправки не вводились.

Измерения плотностей потоков 3С396 выполнены на частотах 4840 и 8450 МГц между декабрем 2017 г. и июнем 2018 г. На обеих частотах измерения повторялись с целью выявления изменений в излучении источника. Плотности потоков 3С396, определенные на частотах 4840 МГц и 8450 МГц между эпохами 2017.95–2018.52 в шкале потоков ИЛ, приведены в табл. 2. Поскольку измерения выполнялись на одном радиотелескопе и в одинаковых условиях, в табл. 2 приводятся только случайные погрешности. Обозначения таковы: f – частота (МГц), S_am – плотность потока (Ян), (am – сокращение от artificial moon), σ – случайная погрешность измерения (Ян), Source – стандартный источник, Epoch – эпоха измерения.

На рис. 1 показаны плотности потоков в зависимости от частоты в соответствии с табл. 2. На рис. 2 показана зависимость плотностей потоков от времени согласно табл. 2.

В течение 0.2 года между эпохами 2017.95–2018.15 плотность потока на частоте 4840 МГц упала на 17% (5σ), а к эпохе 2018.43 вновь возросла на 12% от минимального уровня. На частоте 8450 МГц между эпохами 2018.3 и 2018.5 плотность потока возросла на 6.5%. На временнóм интервале 2018.1–2018.5 плотности потоков росли как на частоте 4840 МГц, так и на 8450 МГц, но разными темпами: в последнем случае относительное приращение вдвое меньше. Таким образом, в радиоизлучении 3C396 присутствует переменная составляющая, зависящая от частоты.

Для определения уточненного спектра ОСН 3С396, а также оценки его изменений во времени, в настоящей работе использовалась совокупность данных измерений на радиотелескопе РТ-32 и опубликованных данных, приведенных к шкале потоков ИЛ.

3. СПЕКТР 3С396

В настоящее время накоплен обширный архив опубликованных данных измерений плотностей потоков ОСН 3С396. Плотности потоков определялись в различных шкалах потоков, и для взаимного согласования данных необходимо привести их в единую систему, воспользовавшись общей точной шкалой потоков. В нашей работе использовалась шкала потоков “искусственная луна” (ИЛ). Ее преимущества перед широко используемой шкалой BGPW [5] обсуждались в [12]. Плотности потоков 3С396, приведенные к шкале потоков ИЛ, представлены в табл. 3. Они получены на основе опубликованных данных и измерений на радиотелескопе РТ-32. Погрешности измерений, указанные в опубликованных работах, содержат значительный вклад неопределенности абсолютной привязки. При переводе этих данных в шкалу потоков ИЛ погрешности были сохранены ввиду неопределенности вклада абсолютной привязки, хотя они должны снижаться из-за устранения этой составляющей.

В табл. 3 первый, второй, третий, четвертый и пятый столбцы содержат, соответственно, порядковый номер строки; частоту измерений f (МГц); плотность потока 3С396 в шкале потоков ИЛ, S_am (Ян); абсолютную погрешность S_am, err (Ян); опубликованное значение плотности потока 3С396 S_p (Ян). Для измерений на радиотелескопе РТ-32 приведены полные погрешности и ссылка “н.р.”. В шестом, седьмом, восьмом и девятом столбцах приведены, соответственно, источник – калибратор Source (если стандартных источников несколько, Sample); множители перехода к шкале ИЛ, k; эпохи измерений, Epoch; и ссылки на первоисточник, Ref.

Спектр 3С396 по данным табл. 3 изображен на рис. 3. Данные табл. 3 аппроксимируются степенной зависимостью плотности потока от частоты

с параметрами α = 0.37 ± 0.03, S₀ = (14.75± 3.4) Ян на частоте f₀ = 1 ГГц.

Рис. 3 содержит точки со значительными отклонениями от аппроксимирующей линии, существенно превышающими погрешности измерений. Даже предполагая недооценку погрешности части данных табл. 3, объяснить разброс данных можно только присутствием переменного компонента в радиоизлучении 3C396.

3С396 входит в число ОСН типа C (комбинированных), его спектр является суммой спектров плериона и оболочки, спектральные индексы которых должны отличаться. Одной из задач настоящей работы является разделение этих компонентов, что возможно при достаточно точном определении спектра.

Для уточнения спектра ОСН 3C396 были определены отношения измеренных потоков Sam к значениям S_c(f), рассчитанным согласно (2). На близких частотах эти отношения отличаются только вследствие погрешностей измерений и переменности источника. Затем были получены средние значения отношений на близких частотах. Частота средних отношений определялась усреднением логарифмов частот измерений.

Усреднение выполнено без учета данных на частотах 5000 МГц [29], 8350 и 14 350 МГц [37], 10 630 МГц [38], отклонение которых от аппроксимации (2) превышает 3σ. Погрешности определения средних отношений 〈S_am/S_c〉 вычислены без учета весов усредняемых данных. Результат представлен в табл. 4. Данные на частотах 750 МГц [21] и 6600 МГц [33] представлены единственными значениями и потому в табл. 4 не включены, исключение сделано для частоты 33ГГц [8] вследствие дефицита данных в этой области спектра.

В табл. 4 первый, второй, третий, четвертый и пятый столбцы содержат, соответственно, номер i интервала усреднения частот и плотностей потоков; среднюю в i-м интервале частоту измерений 〈f〉_i (МГц); среднее в i-м интервале частот отношение измеренных и расчетных плотностей потоков 〈S_am/S_c〉_i; погрешность отношения 〈S_am/S_c〉, 〈err〉. В пятом и шестом столбцах приведены, соответственно, рассчитанная для средней частоты 〈f〉_i согласно (2) плотность потока S_c (Ян). Также перечислены номера строк табл. 3, входящих в i-й интервал и содержащих информацию о частотах усредняемых данных.

В табл. 4 данные усреднены в следующих интервалах частот:

• i = 1, частоты 80, 80 и 86 МГц;

• i = 2, частоты 160, 160 и 178 МГц;

• i = 3, частоты 327, 330, 408 и 408 МГц;

• i = 4, частоты 1400, 1400, 1410, 1414, 1415, 1420, 1465, 1635, 1720 МГц;

• i = 5, частоты 2650, 2695, 2695, 2695, 2700, 3240 МГц;

• i = 6, частоты 4800, 4840, 4840, 4840, 4995, 5000, 5000, 5000, 5000 МГц;

• i = 7, частоты 8450, 8450, 10 630 МГц;

• i = 8, частоты 33 000 МГц.

Табл. 4 иллюстрируется рис. 4, на котором горизонтальная опорная линия определяется равенством S_am = S_c, плавная кривая соответствует аппроксимации спектра при двухкомпонентной модели (см. ниже). Отклонения от опорной линии точек, соответствующих измерениям, не выглядят случайными. Их частотное распределение соответствует модели источника в виде суммы двух степенных компонент S_Σ(f) = S_1c(f) + S_2c(f) с разными спектральными индексами α₁ и α₂ (плавная кривая на рис. 4).

Оптимальные параметры, при которых среднеквадратичное отклонение значений 〈S_am/S_c〉 от расчетной кривой достигает минимума, определялись по следующей схеме. Параметры одной из двух составляющих спектра, α₁ и S₀₁, задаются произвольно, и расчет плотностей потоков S_1с(f_i) на частотах f_i табл. 4 выполняется по формуле:

Плотности потоков второй составляющей S₂ на частотах f_i определяются как разность 〈S_am〉_i – S_1с(f_i), а параметры степенной зависимости S_2с(f), α₂ и S₀₂ находятся из аппроксимации выборки значений (〈S_am〉_i – S_1c(f_i)) в виде:

Среднеквадратичное отклонение σ двухкомпонентной аппроксимации определяется по совокупности сравнений 〈S_am〉_i из табл. 4 и сумм S_Σ(f_i) = S_1c(f_i) + S_2c(f_i), вычисленных согласно (2a) и (2b). Паре значений α₁ и S₀₁ однозначно соответствуют α₂ и S₀₂, с их изменением меняется среднеквадратичная погрешность двухкомпонентной аппроксимации, достигая минимума при оптимальных значениях параметров α₁, S₀₁, α₂, S₀₂.

Зависимость среднеквадратичной погрешности при двухкомпонентной аппроксимации данных табл. 4 от значений α₁ и α₂ показана на рис. 5. Параметры двухкомпонентной аппроксимации, при которых среднеквадратичное отклонение данных табл. 4 минимально, имеют значения:

Плавная кривая на рис. 4 показывает частотную зависимость суммы компонентов S₁(f) и S₂(f), нормированной на S_c(f), при оптимальных значениях параметров (3).

4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Данные измерений интенсивности радиоизлучения 3С396, полученные на основе шкалы потоков ИЛ и содержащиеся в табл. 3, дают возможность существенно уточнить спектр ОСН 3С396 и оценить его временнýю стабильность.

Представление спектра 3С396 в виде суммы двух степенных компонентов с разными спектральными индексами, S_Σ(f_i) = S_1c(f_i) + S_2c(f_i), отвечает физической природе комбинированного ОСН, состоящего из плериона и оболочки, а параметры двухкомпонентной аппроксимации согласуются с опубликованными ранее результатами.

Значение спектрального индекса α₂ = 0.157 ± ± 0.02, полученное в настоящей работе, согласуется со статистикой параметров спектров ТПВ и близко к величине спектрального индекса “хвоста” α = 0.15 ± 0.12 по данным [3], что дает основание считать “хвост” деталью структуры плериона.

Разность спектральных индексов оболочки и плериона равна α₁ – α₂ = 0.346 ± 0.03. По данным [6], спектральный индекс в центре источника меньше, чем на его краю, на Δα ~ 0.2, что меньше, чем α₁ – α₂. Отличие обусловлено тем, что плерион находится между двумя слоями оболочки, и его излучение принимается на их фоне.

В рентгеновском диапазоне по данным [2] вблизи центра ОСН расположена нетепловая туманность, содержащая точечный источник. Авторы интерпретируют ее как синхротронную туманность пульсарного ветра, ТПВ, окружающую еще не обнаруженный пульсар. На основании рентгеновских данных оценка вклада ТПВ в полный поток 3С396 на волне λ = 21 см составила 4% [2].

В настоящей работе интенсивности излучения плериона и оболочки получены на основе двухкомпонентной модели источника, непосредственно по данным наблюдений в радиодиапазоне. На волне 21 см вклад ТПВ в полный поток 3С396 составляет 32%. Различие оценок [2] и настоящей работы значительно, но результаты согласуются, если в спектре плериона имеется излом (изломы), выше частоты которого крутизна спектра скачком возрастает. Особенности такого типа наблюдаются, в частности, в спектрах крабоподобных ОСН 3C58 [10] и G21.5-0.9 [11]. Часть таких особенностей обусловлена потерями энергии релятивистских электронов на синхротронное излучение в течение достаточно длительного времени. Предполагаемый возраст 3C396 составляет около 3000 лет [7], в течение которых мог сформироваться излом спектра. Существуют и альтернативные механизмы формирования изломов. Так, молодой крабоподобный ОСН G21.5-0.9 имеет спектр с изломом, не связанным с синхротронным высвечиванием [11].

Далее представлена процедура выделения переменной составляющей излучения ОСН 3C396 на фоне погрешностей измерений и поиска локализации ее источника внутри ОСН. Данные измерений плотностей потоков имеют отклонения от среднего спектра 3C396, обусловленные погрешностями измерений и переменностью объекта на коротких временных интервалах (рис. 3). Измерения на частотах 4840 и 8450 МГц, выполненные на радиотелескопе РТ-32 обсерватории Светлое ИПА РАН, выявили переменность радиоизлучения 3C396 на временнóм интервале ≈0.5 года. По времени протекания процесса можно оценить протяженность активной области: L ≈ ≈ 0.15 пк. Эту оценку можно сравнить с линейными размерами оболочки и плериона. При угловом диаметре ≈7$\prime $ и расстоянии 6.2 кпк внешний диаметр оболочки 3С396 составляет ≈13 пк, и значимая доля быстрой переменности в интегральном излучении оболочки представляется маловероятной. Линейные размеры плериона в соответствии с данными [2] составляют 1.65 × 0.6 пк, в центре ТПВ находится пульсар и, подобно ТПВ 3C58 и G21.5-0.9, в нем присутствуют мелкомасштабные активные области с переменными параметрами – узлы и волокна. Поэтому вероятным источником быстрой переменности излучения является плерион.

Вычитая из плотностей потоков S_am вклад оболочки S_1c, получим спектр плериона S₂:

На рис. 6 представлена зависимость от времени отношения S₂/S_2c, т.е. спектра плериона, нормированного на его среднее значение S_2c; S_1c и S_2c – аналитические выражения составляющих спектра 3C396 согласно (2a) и (2b). Нормирование позволяет рассматривать зависимость от времени объединенной совокупности данных, полученных на разных частотах. На рис. 6 интервал времени, содержащий большинство данных табл. 3, ограничен эпохами 1960.0–1990.0.

Нормированные плотности потоков S₂/S_2c распределены выше и ниже уровня S₂/S_2c = 1, в пяти случаях они близки к нулевым значениям. Единственное отрицательное значение меньше погрешности. Таким образом, множество значений S_am ограничено снизу постоянным уровнем спектра оболочки S_1c(f), к которому добавляется переменный спектр плериона S₂. Рис. 6 содержит метки времени, повторяющиеся через 3.2 года. С ними совпадают или близки по времени пять экстремально низких отношений S₂/S_2c, “провалов”, полученных на разных частотах и представленных в табл. 5. Эти отношения наблюдались через близкие к кратным 3.2 года интервалы времени, с большими отклонениями от среднего значения S₂/S_2c = 1. Вероятности таких отклонений, в двух случаях из пяти превышающих 3σ, малы, а вероятность их случайного совместного появления вследствие погрешностей измерений ничтожно мала. Повторное появление “провалов” может быть обусловлено как источником излучения, так и средой, через которую излучение распространяется к наблюдателю – участком оболочки, закрывающим плерион. Процесс может быть рекуррентным, однако для такого вывода статистика недостаточна.

Динамику процесса изменений спектра плериона во времени отражает рис. 7. На нем изображены нормированные плотности потоков S₂/S_2c, изменяющиеся во времени в течение короткого интервала 1969.8–1971.1, сплошными горизонтальными линиями отмечены уровни S₂ = S_2c и S₂ = 0. На интервале 1.3 года отношение S₂ /S_2c менялось от 0.42 до 1.35, от –60% до +35% по сравнению со средним спектром. Эти изменения не были одинаковыми по всему спектру: вклад плериона в плотность потока, измеренного на частоте 5 ГГц в эпоху 1971.1 [29], оказался равным 0. Таким образом, спектр плериона имеет отклонения от степенной зависимости, ограниченные во времени и в полосе частот.

По имеющимся данным можно оценить полосу частот кратковременных “провалов” плотностей потоков относительно среднего спектра. Измерения на частотах 1420, 2700 и 5000 МГц выполнены в процессе выполнения одной работы [29] в течение 1.3 года. На частоте 1420 МГц плотность потока в пределах погрешности превышает средний уровень, на частоте 2700 МГц S₂/S_2c = = 0.42, а на 5000 МГц S₂/S_2c близко к 0. “Провал” потока на значимом уровне наблюдается в полосе частот (2700–5000) МГц, данных на более высоких частотах нет. Если плотность потока на частоте 2700 МГц не менялась значительно за 1.3 года до измерений на 5000 МГц, то “провал” занимает полосу частот Δf ≈ ±f/2. Однако динамика потока на частоте 2700 МГц в течение 1.3 года не известна, что снижает точность оценки.

В случае роста потока оценка полосы частот процесса имеет близкое значение. К такому выводу приводит результат измерений на частотах 4840 и 8450 МГц на радиотелескопе РТ-32: в течение интервала времени 2018.15–2018.5 отмечен относительный рост плотностей потока на частотах 4840 и 8450 МГц в соотношении 2 : 1, следовательно, явление наблюдалось в полосе частот Δf ≈ ≈ ±f/2.

На основании проведенного обсуждения можно сделать несколько выводов о характере переменности ОСН 3C396:

• Выявлена переменность на различных временных шкалах: от ≈0.5 года и более. Переменная составляющая на длительных временных шкалах имеет признаки рекуррентности с характерным периодом ≈3.2 года. Переменность на различных временных шкалах может быть обусловлена разными причинами.

• Плотности потоков всегда превышают аналитический спектр оболочки, ограничивающий снизу “провалы” спектра: S_am ≥ S_1c. Подобные, хотя и менее интенсивные относительные изменения потоков в ограниченной полосе частот наблюдались в спектре радиоизлучения ТПВ 3C58 [10]. 3C58 и плерион в ОСН 3C396 принадлежат к одному типу объектов, физические процессы в них подобны, и проявляют себя одинаково. Общие черты переменности у 3C396 и объектов ТПВ приводят к выводу, что изменения происходят в спектре плериона.

• Спектр плериона имеет отклонения от степенной зависимости, ограниченные во времени и в полосе частот. По очень приблизительной оценке полоса частот явления составляет Δf ≈ ≈ ±f/2.

• Несмотря на отмеченные изменения, средний спектр плериона степенной и отклонения усредненных потоков на стандартных частотах от среднего спектра малы.

Стандартными здесь названы частоты, на которых в шкалах потоков [12], [5], [16] приведены плотности потоков стандартных источников. Физическая природа переменности, в том числе кратковременных отклонений спектра плериона от степенного закона, требует отдельного исследования. Здесь ограничимся лишь некоторыми предположениями.

Выше предположение о быстрой переменности спектра плериона аргументировалось тем, что в центре ТПВ находится пульсар и присутствуют мелкомасштабные активные области с переменными параметрами – узлы и волокна. К этому можно добавить, что ТПВ имеет сложную структуру с особенностью в виде “хвоста”, сформированного имевшим место в прошлом и, возможно, продолжающимся истечением релятивистских частиц за пределы туманности. Феномен масштабный: на волне 21 см вклад “хвоста” в плотность потока 3C396 составляет ≈10% [3], или 30% интенсивности излучения плериона. Естественно предположить, что это лишь часть неравновесного процесса, происходящего в ТПВ, следствием которого могут быть локальные возмущения магнитного поля, плотности и энергетического распределения релятивистских электронов, создающие наблюдаемый эффект быстрой переменности.

В качестве другого возможного механизма переменности можно рассмотреть дифракцию радиоизлучения плериона на случайном фазовом экране, расположенном между ТПВ и наблюдателем. Таким экраном, формирующим направленность излучения плериона, может быть отличающаяся неоднородной структурой оболочка ОСН 3C396. Дифракционная картина в плоскости наблюдателя зависит от частоты и может деформировать спектр, создавая “избытки” и “провалы” плотностей потоков. Если неоднородности экрана имеют собственные движения, должна наблюдаться переменность принимаемого излучения. Рассматриваемый механизм позволяет объяснить нулевые “провалы” измеренных плотностей потоков плериона на отдельных частотах тем, что в момент измерений наблюдатель находился в нулевой точке дифракционной диаграммы направленности системы плерион + экран.

Возможно совместное действие обоих механизмов переменности.

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе выполнены исследования спектра и стабильности радиоизлучения ОСН 3C396. Основой для получения единой и однородной системы данных служит шкала потоков ИЛ (“искусственная луна”) [12].

Плотности потоков на волнах λ = 6.2 см и 3.5 см измерены на радиотелескопе РТ-32 обсерватории Светлое ИПА РАН относительно стандарта шкалы потоков ИЛ 3C295. Повторные измерения выявили переменность источника с характерным временем ≈0.5 года.

Для получения уточненного спектра 3C396, а также исследования его переменности на длительном временном интервале, опубликованные данные измерений плотностей потоков 3C396 приведены в единую систему на основе шкалы потоков ИЛ. В результате точность определения радиоспектра ОСН 3C396 существенно повышена, что позволило уточнить его форму и обнаружить изменения во времени. Показано, что спектр аппроксимируется суммой двух степенных составляющих, параметры которых были определены. Спектральные индексы компонент оказались равными α₁ = 0.503 ± 0.01 и α₂ = 0.157 ± ± 0.02. Предполагается, что компоненты обусловлены спектрами оболочки и плериона, соответственно. Значение α₂ близко к величине спектрального индекса “хвоста” α = 0.15 ± 0.12 по данным [3], что дает основание считать “хвост” деталью структуры плериона.

Оценен вклад плериона в полный поток излучения 3C396: на волне 21 см он составляет ≈32%. Отличие от существующей оценки вклада плериона ≈4%, основанной на рентгеновских данных [2], может быть связано с наличием в спектре плериона изломов, подобно крабоподобным остаткам 3C58 и G21.5-0.9.

В радиоизлучении ОСН 3C396 обнаружены значимые изменения плотностей потоков, превосходящие погрешности, в течение временных интервалов от 0.5 года. Это соответствует линейным размерам активных областей, генерирующих переменную составляющую, L ≈ 0.15 пк. Приводятся аргументы в пользу переменности спектра плериона при стабильности излучения оболочки. В предположении, что изменения во времени относятся только к спектру плериона, получены отношения значений “избытков” и “провалов” к значениям аналитического спектра плериона S_2c на тех же частотах. Без учета результатов [37] на частотах 8300 и 14 350 МГц, выходящих за пределы задач настоящей работы, “избытки” потока не превышают 2S_2c, имеется несколько экстремальных “провалов” до значений, близких к 0. Временнáя локализация экстремальных “провалов” допускает действие в источнике рекуррентного процесса с периодом 3.2 г. Оценка полосы частот отклонений от среднего спектра составляет Δf ≈ ≈ ±f/2. Подобные, но с меньшей амплитудой “избытки” и “провалы” наблюдаются в спектре крабоподобного ОСН 3C58 [10]. Обсуждаются возможные механизмы наблюдаемых явлений.