Исследование некоторых фоновых составляющих радиоизлучения Вселенной в наземных наблюдениях реликтового фона

• Автор: Семенова, Тамара Азретовна
• Шифр специальности: 01.03.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: п. Нижний Архыз
• Количество страниц: 146 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ОСНОВНЫХ ПРОБЛЕМ
1.1. Микроволновое фоновое излучение (реликтовое излучение)
1.2. Возможности РАТАН-600 в изучении основных параметров реликтового фона
1.3. Атмосферный шум и возможности селекции данных для наземных экспериментов
1.4. Диполъное излучение макромолекул («spinning dust»)
1.5. Синхротронное излучение Галактики
1.6. Дискретные источники на частотах экспериментов по изучению реликтового фона
ГЛАВА 2. О ТРЕБОВАНИЯХ К МЕТОДАМ «ПРОСВЕТЛЕНИЯ» АТМОСФЕРЫ ПРИ НАЗЕМНЫХ РАДИОАСТРОНОМИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЯХ ФОНОВЫХ РАДИОИЗЛУЧЕНИЙ ВСЕЛЕННОЙ
2.1. Экспериментальные данные о шуме атмосферы на РАТАН
2.2. Некоторые методы фильтрации атмосферного шума
2.3 Атмосферный шум и анизотропия реликтового излучения
Выводы по Главе
ГЛАВА 3. ДИПОЛЬНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ МАКРОМОЛЕКУЛ В ФОНОВОМ ИЗЛУЧЕНИИ РАДИОНЕБА
3.1. Оценка вклада дипольного излучения макромолекул в фоновое излучение радио-неба
3.2. Гипотеза «скопления компактных НИ областей»
Выводы по Главе
ГЛАВА 4. СИНХРОТРОННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ГАЛАКТИКИ ПО ДАННЫМ ОКОЛОЗЕНИТНОГО ОБЗОРА НА РАТАН
4.1. Наблюдения и обработка данных РАТАН
Выводы по Главе
ГЛАВА 5. ФОН РАДИОИСТОЧНИКОВ И ПОИСК СЛАБЫХ ПОПУЛЯЦИЙ
5.1. Околозенитиый обзор
5.2. Результаты отождествлений с объектами FIRST и SDSS каталогов

5.3. Возможный вклад дискретных источников на важных частотах
для реликтового фона
Выводы по Главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. РЕЗУЛЬТАТЫ ОТОЖДЕСТВЛЕНИЙ RZF-КАТАЛОГА С NVSS-КАТАЛОГОМ И SDSS-ОБЗОРОМ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ПОЛУЧЕННЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОТОЖДЕСТВЛЕНИЙ RZF-КАТАЛОГА SDSS, FIRST ИЗОБРАЖЕНИЯ И РАДИОСПЕКТРЫ ПО ДАННЫМ РАТАН
ВВЕДЕНИЕ

Общая характеристика работы
Актуальность темы.
Основная энергия фонового излучения Вселенной связана с реликтовым фоном. Этот фон был обнаружен наземными средствами в 60-х годах прошлого века. Он оказался изотропным и все попытки измерить его анизотропию долгие годы были безуспешными. Появились эволюционные модели Вселенной, допускающие малую пространственную анизотропию температуры dT/T на уровне Ю'5.
Первые теории формирования наблюдаемой Вселенной предсказывали различный характер реликтового фона. Однако уже первые исследования в Пулково [Парийский Ю.Н. и др., 1970], на РАТАН-600 [Парийский Ю.Н. и др., 1977] и в США [Parijski Yu.N., 1973] с помощью наиболее чувствительных радиометров того времени показали противоречие с простыми теориями [Парийский Ю.Н. и др., 1986].
Исключительное значение приобретает проблема учета других фоновых радиоизлучений, мешающих исследованию реликтового излучения. Для экспериментов типа Planck это, прежде всего, Галактика и шум фоновых радиоисточников, практически не исследованных в коротком сантиметровом и миллиметровом диапазоне длин волн. Мешающим фоновым излучением также является предсказанный недавно шум заряженных макромолекул в диапазоне 1-3 см. Основные надежды - использование существенного различия зависимости яркости мешающих фоновых компонентов от частоты. В первом приближении считается, что спектр мощности синхротронного излучения Галактики оценивается формулой: Ci ~ Г3 V6 и Q ~ Г3 v‘4 для свободно-
свободного излучения, где Q - компонента спектра при разложении шумов неба по полиномам Лежандра, 1 = 2я/0 - номер мультиполя в разложении Тв неба по сферическим гармоникам, 0 - угловой размер пространственных

данных, включая вейвлет-анализ. Эффективность этих методов продемонстрирована на примере данных околозенитного обзора.
По аналогии с принятой в международной практике терминологии «окна прозрачности» Вселенной [«Bluebook»], оценено «окно прозрачности» атмосферы в диапазоне длин волн, доступных на РАТАН-600, с учетом экспериментально исследованных отклонений флуктуаций радиоизлучения от белого шума [Семенова Т.А. и др., 2009].
2.1. Экспериментальные данные о шуме атмосферы на РАТАН-600.
Атмосфера Земли фильтрует излучение, падающее на радиотелескоп, поглощая его часть. Даже в окне прозрачности поглощение на коротких сантиметровых волнах составляет около 10%, и эти потери необходимо учитывать. Однако значительно сложнее учитывать вариации собственного излучения атмосферы, которые ухудшают чувствительность эксперимента во много раз. На исследуемых временных масштабах (~ 5мин. времени) температурные вариации атмосферы достигают 1 К, что примерно в миллион раз больше исследуемых флуктуаций реликтового фона, и в 100 раз выше шума радиометра на этих же временных масштабах.
Турбулентный характер флуктуаций в атмосфере приводит к росту мощности в пространственном спектре радиоизлучения атмосферы [Jorgensen
Н.Е., et al., 1999; Naselsky P., et al., 1999], имеющего вид, типа 1/f' (f - частота) при увеличении угловых масштабов. Проще всего роль этого шума оценивать по положению излома в пространственном спектре сигнала на выходе радиометра fknee. На частотах выше кпее доминирует белый шум радиометра, а на частотах ниже - доминирует шум атмосферы.
На рисунке 3 показан пример спектра мощности атмосферного шума на волне 1.38см усредненного за 90 дней. Для получения данных по положению излома в спектре мощности использовалась программа, предоставленная Цыбулевым П.Г.