РСДБ и общая теория относительности

РСДБ и общая теория относительности

14 мая 2013

Санкт-Петербургский Университет14 мая 2013

Олег Титов (Geoscience Australia)

Schematic ofActive Galactic NucleiRedshift z~ 0.1 to 5Distance: billions light yearsParallax = 0Proper motion < 0.1 nrad/yr

Centroid of radiationGets closer to central engine (black hole)As one goes to higherfrequencies, therefore,

Ka-band (32 GHz) is better than X-band (8.4 GHz)

Active Galatic Nuclei (AGN) schematic

Credit: C.M. Urry and P. Padovani, 1995http://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/objects/agn/agn_model.html

Active Galactic Nuclei (Marscher)

Features of AGN: Note the Logarithmic length scale.

Credit: Alan Marscher, `Relativistic Jets in Active Galactic Nuclei and their relationship to the Central Engine,’Proc. of Science,VI Microquasar Workshop: Microquasars & Beyond, Societa del Casino, Como, Italy, 18-22 Sep 2006. Overlay (not to scale): 3 mm radio image of the blazar 3C454.3 (Krichbaum et al. 1999)

R~0.1-1 µas 1mas

Source Structure vs. Wavelength

S-band X-band K-band Q-band2.3 GHz 8.6 GHz 24 GHz 43 GHz13.6cm 3.6cm 1.2cm 0.7cm

Ka-band32 GHz0.9cm

The sources become better ----->

Image credit: P. Charlot et al, AJ, 139, 5, 2010

2354-251

2354-251

2354-251

Квазары любят прятаться за спиной у звезд...

Квазар 2300-307 на телескопе NTT, слева при плохом качествеизображения (2”, август 2010) и при хорошем (0”.6, декабрь 2011)

... и галактик

Тесная пара “галактика - квазар” (SDSS DR9)

Линии поглощения в спектре более далекого объекта соответствуют

красному смещению более близкого

Z=0.499 Z=0.635

РСДБ –

Радиоинтерферометрия наСверхДлинной Базе

РСДБ Появилась в 1964-1965 гг, после изобретения атомных часови открытия квазаровРазделилась на астрономическую РСДБ и геодезическую РСДБ в ~1980, Астрономическая РСДБ – построение изображений, пульсары, радиоспектры и т.д.

Геодезическая РСДБ – координаты квазаров, координаты радиотелескопов, ПВЗ, движение континентов и т.д.

Геодезическая РСДБ

Разрабатывалась в 1970е годы Первые «приличные» наблюдения – в 1979 годуРегулярные наблюдения – в конце 1983 года(4 станции – один раз в 5 дней)

Wettzell (Германия) HRAS 085, Richmond, Westford (США)Onsala60 (Швеция) – 1 раз в месяц

Geoscience Australia

14 мая 2013

Westford

Geoscience Australia

14 мая 2013

Hobart26

Geoscience Australia

14 мая 2013

Hobart26Hobart26

Very Long BaselineInterferometry is a type ofstation differenced range

Delay

• Measures geometric delay by cross-correlating signal from two (2) stations

IVS сеть РСДБ антенн (2010)

Geoscience Australia

14 мая 2013

Australian (AuScope) – New Zealand network

Geoscience Australia

14 мая 2013

64-метровая антенна в Парксе

Geoscience Australia

14 мая 2013

64-метровая антенна в Парксе

Geoscience Australia

14 мая 2013

64-метровая антенна в Парксе

Geoscience Australia

14 мая 2013

64-метровая антенна в Парксе

Geoscience Australia

14 мая 2013

64-метровая антенна в Парксе

Geoscience Australia

14 мая 2013

Geoscience Australia

14 мая 2013

Как работает оптическая наземная астрономия!

Geoscience Australia

14 мая 2013

Как работает РСДБ!

Geoscience Australia

14 мая 2013

Как работает РСДБ!

28C.S. Jacobs 5 Mar 2013

∆VLBI Error Budget

<<<<<<<<<

<<<<<<<<<<<<

Credit: ∆VLBI budget from J.S. Border

14 мая 2013 Geoscience Australia

ICRF2 catalogue (2009)

Geoscience Australia

1.295 defining sources with the positional accuracy ~0.04 mas

2.922 “non-defining” sources

3.2197 VCS sources

3414 sources separated into 3 groups

14 мая 2013 Geoscience Australia

Что получается из РСДБ?

Geoscience Australia

1. Параметры вращения Земли (UT1-UTC и координаты полюса)

2. Ориентация Земли в пространстве (углы нутации)

3. Точные координаты радиотелескопов (Земная система координат)

4. Тектонические скорости движения материковых плит

5. Точные координаты радиоисточников

Geoscience Australia

14 мая 2013

ICRF2

32C.S. Jacobs 5 Mar 2013

ICRF-2 S/X 3.6cm: 3414 sources

Credit: Ma et al, eds. Fey, Gordon, Jacobs, IERS Tech. Note 35, Germany, 2009

40 µas floor. ~1200 obj. well observed, ~2000 survey session only

Geoscience Australia

14 мая 2013

Accuracy for 295 ‘defining’ sources

Geoscience Australia

14 мая 2013

Accuracy for 1217 ‘non-defining’ sources

Geoscience Australia

14 мая 2013

Общая теория относительности (ОТО)

Деформация пространства-времени в присутствие гравитационных полей

Geoscience Australia

14 мая 2013

Искривления луча света

Geoscience Australia

14 мая 2013

Замедление сигнала

cb

'

'cb

bccb ''

Geoscience Australia

14 мая 2013

Гравитационная задержка

srrsrr

22

11

ln)1(3cGM

В эту формулу входят сразу два эффекта ОТО1. Искривление луча света2. Замедление скорости распространения сигнала

.

)(2ln)1(

2/1

3 srrsbsrbb,rr

22

22

222

c

GM

Geoscience Australia

14 мая 2013

Гравитационная задержка

.2

)(2

)(

1ln)1(3

22

2

3

srr

r

rbrb

sbrb

22

2

2

2

2

r

cGM

.

)(2ln)1(

2/1

3 srrsbsrbb,rr

22

22

222

c

GM

82

112

2/1 xxx

Geoscience Australia

14 мая 2013

Гравитационная задержка

.212

)(2)1(

2

3

22

3

srr

sbrrb

srrr

rbrbsb

rrb

cGM

2rr

.2

)(2

)(

1ln)1(3

22

2

3

srr

r

rbrb

sbrb

22

2

2

2

2

r

cGM

2

1ln2xxx rb

Geoscience Australia

14 мая 2013

Гравитационная задержка

.)cos1(

coscos21

)cos1(

)cos1(2

coscos)1(22

2

3

r

bbr

rbbb

cGM

cos)( bsb

cos)( rbrb

cos)( rsr

Geoscience Australia

14 мая 2013

Гравитационная задержка

.)cos1(

coscos21

)cos1(

)cos1(2

coscos)1(22

2

3

r

bbr

rbbb

cGM

.)cos1(

sinsin2

)1()cos1()(cos

2)1(

)cos1(2)1(

cos1sinsin)1(cos)1(

22

222

32

22

32

2

3

33

rb

cGM

rb

cGM

rb

cGM

rcGMb

rcGMb

Geoscience Australia

14 мая 2013

Гравитационная задержка

cVs

rcGMb

cb

cVs

rcGMb

rcGMb

rcGMb

cb

cVs

rcGM

csb

rcGMb

rcGMb

cVs

rcGM

csb

grav

),(1

cos1sinsin)1(cos

),(1

cos1sinsin)1(cos)1(cos)1(cos

),(1

...)1(1),(cos1sinsin)1(cos)1(

),(1

...)1(1),(

3333

2332

cos1sinsin)1(cos)1(

33

rcGMb

rcGMb

grav

Geoscience Australia

14 мая 2013

Частная производная

srrsrr

22

11

ln)1(3cGM

grav

cos1sinsin

3

rb

cGM

dd

cos1sinsin)1(

3

rb

cGM

grav

cos1sinsin)1(cos)1(

33

rcGMb

rcGMb

grav

cos1sinsincos 33

rb

cGM

rcGMb

dd

Первое слагаемое – “лишнее”!

Geoscience Australia

14 мая 2013

Частная производная

cos1sinsin

3

rb

cGM

dd

cos1sinsincos 33

rb

cGM

rcGMb

dd

После удаления “лишнего” слагаемого из частной производнойточность оценивания параметра улучшается в 2 раза.

σ() = 0.00028 σ() = 0.00015

Geoscience Australia

14 мая 2013

Частная производная

σ() = 0.00028 σ() = 0.00015

По старой формуле для такого же улучшения точности нужнопроводить наблюдения в течение примерно 10 лет

Geoscience Australia

14 мая 2013

Гравитационная задержка

.)cos1(

sinsin2

)1()cos1()(cos

2)1(

)cos1(2)1(

cos1sinsin)1(cos)1(

22

222

32

22

32

2

3

33

rb

cGM

rb

cGM

rb

cGM

rcGMb

rcGMb

.)1cos3()1(sin)1(22

22

33 Rb

cGM

Rb

cGM

2

2

21cos

rR

rR

sin

Geoscience Australia

14 мая 2013

Гравитационная задержка

.)1cos3()1(sin)1(22

22

33 Rb

cGM

Rb

cGM

Даже при постоянном угле между объектом и массивным теломесть возможность наблюдать влияние гравитационного поля.Только уже на координаты квазаров, а на длину базы РСДБкомплекса

2

2

33

)1()1(2Rb

cGM

Rb

cGM

При = 90

Geoscience Australia

13 May 2013

Собственное движение, наведенное гравитационным

полем Галактики

Geoscience Australia

13 May 2013

Собственные движения, наведенные гравитационным полем Галактики

22

sin4R

rcGM 8105.2

- Скорость вращения Галактики

Масса (М Солнца) = 10 = 1

Geoscience Australia

13 May 2013

57 р/и вокруг центра Галактики

Благодарю за внимание!

14 May 2013