| Название: | Эффекты сверхтонкой структуры в космических метанольных мазерах I-го типа |
| Грантодатель: | Гранты РНФ |
| Область знаний: | 02 - Физика и науки о космосе, 02-704 - Физика и эволюция звезд и межзвездной среды |
| Ключевые слова: | Метанольные мазеры 1-го типа, сверхтонкая структура молекулы метанола, поляризация спинов в молекуле СН3ОН, молекулярные облака в зонах звездообразования, тестирование принципа эквивалентности на галактических масштабах |
| Тип: | исследовательский |
| Руководитель(и): | Левшаков,СА |
| Подразделения: | |
| Код проекта: | 23-22-00124 |
Метанольные мазеры (CH3OH) I-го типа являются одними из наиболее часто наблюдаемых радио источников. Благодаря высокой чувствительности инверсной населенности к физическим параметрам мазеры широко используются в качестве зондов для изучения физических условий в областях их возникновения. Другим важным свойством метанольных мазеров является сильная зависимость частот отдельных переходов от значения фундаментальной постоянной m_e/m_p - отношения массы электрона m_e к массе протона m_p. Это позволяет использовать их для тестирования основополагающего принципа общей теории относительности — эквивалентности гравитационной и инерционной масс, который может нарушаться в присутствии гипотетических скалярных полей — кандидатов на роль темной материи и темной энергии (нарушение вызывается различиями во взаимодействии скалярных полей с лептонами и барионами). На данный момент ограничения на возможную вариабельность принципа эквивалентности, полученные по наблюдениям космических метанольных мазеров, являются наиболее сильными и на порядки превышают пределы, полученные, например, по измерениям спутника MICROSCOPE (2021).
Анализ большинства наблюдений мазеров так или иначе сводится к определению центров наблюдаемых спектральных переходов и сравнению центров различных переходов между собой и с лабораторными значениями частот. Узкие профили мазерных эмиссионных линий и их высокая стабильность позволяют измерять радиальные скорости с ошибками порядка нескольких метров в секунду, что в диапазоне частот 25 - 100 ГГц, где находятся наиболее сильные переходы, соответствует точности лучше 1 кГц. Однако лабораторные частоты линий метанола в указанном диапазоне измерены с точностью ~1 кГц лишь для нескольких переходов, а для остальных точность измерения хуже 10 кГц, т.е. систематические ошибки почти на порядок превышают статистические. Это существенно снижает значимость получаемых результатов. В то же время повышение точности лабораторных измерений до уровня ~1 кГц сопряжено с существенными трудностями, т.к. становится необходимо разрешать сверхтонкую структуру молекулы СН3ОН. Для метанольных мазеров именно сверхтонкая структура имеет принципиальное значение, поскольку в молекуле СН3ОН инверсная населенность реализуется только для отдельных сверхтонких переходов с определенной комбинацией квантовых чисел. На основании обработки наблюдений переходов на 44 и 95 ГГц в метанольных мазерах мы экспериментально подтвердили этот результат и, кроме того, обнаружили совершенно новый эффект: наблюдаемые частоты переходов четко разделились на две группы. Мы предположили, что этот эффект может быть связан с поляризацией ядерных спинов четырех атомов водорода в результате их взаимодействия с направленным потоком
излучения или частиц, однако детали этого процесса пока остаются неясными.
С целью дальнейшего изучения влияния сверхтонкого расщепления в молекуле СН3ОН на эффекты в космических метанольных мазерах 1-го типа нами в январе 2022 г. были проведены наблюдения на 100-метровом радиотелескопе в Эффельсберге (программа № 13-21, научный руководитель Левшаков С.А.). Наблюдались 22 источника на частотах 25, 36 и 44 ГГц с высоким спектральным разрешением (ширина канала ~3 кГц) и отношением сигнала к шуму S/N > 100. Источники распределены в диске Галактики на галактоцентрических расстояниях 4 < R < 15 кпк в направлениях центр-антицентр. Всего измерено 855 профилей мазерных линий. Обработка и анализ полученных данных является содержанием представляемого проекта.
