РСДБ и общая теория относительности 14 мая 2013 Санкт-Петербургский Университет 14 мая 2013 Олег Титов (Geoscience Australia)
Feb 06, 2016
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