АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ, 2024, том 79, № 1, страницы 162–169
ПРОЕКТ «МЕТРОН». I. НАУЧНАЯ ПРОГРАММА ПРОЕКТА «МЕТРОН»
© 2024
В. К. Дубрович1*, С. И. Грачев2**, Ю. Н. Ерошенко3***, С. И. Широков1****, Г. Г. Валявин4*****
1Специальная астрофизическая обсерватория РАН, Санкт-Петербургский филиал, Санкт-Петербург, 196140 Россия
2Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, 199034 Россия
3Институт ядерных исследований РАН, Москва, 117312 Россия
4Специальная астрофизическая обсерватория РАН, Нижний Архыз, 369167 Россия
*E-mail: E-mail: dvk47@mail.ru
**E-mail: s.grachev@spbu.ru
***E-mail: eroshenko@inr.ac.ru
****E-mail: lakronous@mail.ru
*****E-mail: gvalyavin@gmail.com
2Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, 199034 Россия
3Институт ядерных исследований РАН, Москва, 117312 Россия
4Специальная астрофизическая обсерватория РАН, Нижний Архыз, 369167 Россия
*E-mail: E-mail: dvk47@mail.ru
**E-mail: s.grachev@spbu.ru
***E-mail: eroshenko@inr.ac.ru
****E-mail: lakronous@mail.ru
*****E-mail: gvalyavin@gmail.com
УДК 520.274
Поступила в редакцию 4 июля 2023 года; после доработки 2 октября 2023 года; принята к публикации 18 октября 2023 года
В данной статье — первой в серии из четырех статей — освещаются научные цели проекта «Метрон» и приводятся характеристики космических объектов, доступных для изучения в его рамках. Радиотелескоп-интерферометр «Метрон» должен включать массивы дипольных антенн метрового диапазона, размещенных на Земле, в открытом космосе или на обратной стороне Луны (или комбинация этих вариантов). Работа в метровом диапазоне позволит изучать так называемую космологическую эпоху темных веков, которая сложна для наблюдений, но крайне интересна для понимания происхождения первых звезд, галактик и черных дыр, а также для поиска новых космологических объектов и процессов. Одной из возможностей является поиск поглощения в линии 21 см в протяженных гало вокруг ранних протогалактик и сверхмассивных первичных черных дыр, существование которых предсказывается в ряде моделей. Целью проекта «Метрон» может быть также прояснение аномального поглощения в линии 21 см, обнаруженного ранее телескопами EDGES, и наблюдение радиоизлучения от магнитосфер звезд и экзопланет. В проекте «Метрон» предполагается достигнуть беспрецедентного для метрового диапазона разрешения, что позволяет ожидать новых научных результатов мирового уровня. Антенны и приемная аппаратура метрового диапазона достаточно просты и дешевы, и построение из них интерферометрических массивов может быть осуществлено в достаточно короткие сроки.
Ключевые слова:
квазары: сверхмассивные черные дыры — радиолинии: галактики — радиолинии: планетарные системы
ФинансированиеСписок литературы
Работа выполнена в рамках гранта РНФ № 23-62-10013.
Список литературы
1. G. Agazie, A. Anumarlapudi, A. M. Archibald, et al., Astrophys. J. 951 (1), id. L8 (2023). DOI:10.3847/2041-8213/acdac6
2. Y. Ageeva, P. Petrov, and V. Rubakov, Physical Review D 104 (6), article id. 063530 (2021). DOI:10.1103/PhysRevD.104.063530
3. Y. Ageeva, P. Petrov, and V. Rubakov, arXiv e-prints astro-ph/2207.04071 (2022). DOI:10.48550/arXiv.2207.04071
4. A. Amruth, T. Broadhurst, J. Lim, et al., NatureAstronomy 7, 736 (2023). DOI:10.1038/s41550-023-01943-9
5. V. A. Berezin, V. A. Kuzmin, and I. I. Tkachev, Physics Letters B 120 (1-3), 91 (1983). DOI:10.1016/0370-2693(83)90630-5
6. V. S. Berezinsky, V. I. Dokuchaev, and Y. N. Eroshenko, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 2011 (12), id. 007 (2011). DOI:10.1088/1475-7516/2011/12/007
7. E. Bertschinger, Astrophys. J. Suppl. 58, 39 (1985). DOI:10.1086/191028
8. J. D. Bowman, A. E. E. Rogers, R. A. Monsalve, et al., Nature 555 (7694), 67 (2018). DOI:10.1086/191028
9. R. Brandenberger and P. Peter, Foundations of Physics 47 (6), 797 (2017).DOI:10.1007/s10701-016-0057-0
10. B. Carr, K. Kohri, Y. Sendouda, and J. Yokoyama, Reports on Progress in Physics 84 (11), id. 116902 (2021a). DOI:10.1088/1361-6633/ac1e31
11. B. Carr, F. Kühnel, and L. Visinelli, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 501 (2), 2029 (2021b). DOI:10.1093/mnras/staa3651
12. B. J. Carr, Astrophys. J. 201, 1 (1975). DOI:10.1086/153853
13. S. Comerón, I. Trujillo, M. Cappellari, et al., Astron. and Astrophys. 675, id. A143 (2023). DOI:10.1051/0004-6361/202346291
14. P. de Bernardis, V. Dubrovich, P. Encrenaz, et al., Astron. and Astrophys. 269 (1-2), 1 (1993).
15. F. de Gasperin, H. W. Edler, W. L. Williams, et al., Astron. and Astrophys. 673, id. A165 (2023). DOI:10.1051/0004-6361/202245389
16. V. I. Dokuchaev and Y. N. Eroshenko, Astronomy Letters 27 (12), 759 (2001). DOI: 10.1134/1.1424357
17. V. I. Dokuchaev and Y. N. Eroshenko, Astronomical and Astrophysical Transactions 22 (4-5), 727 (2003). DOI:10.1134/1.1424357
18. A. Dolgov and J. Silk, Physical Review D 47 (10), 4244 (1993). DOI:10.1103/PhysRevD.47.4244
19. C. T. Donnan, D. J. McLeod, J. S. Dunlop, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 518 (4), 6011 (2023). DOI:10.1093/mnras/stac3472
20. V. K. Dubrovich, Sov. Astron. Lett. 3, 128 (1977).
21. V. K. Dubrovich, arXiv e-prints astro/ph:1805.04430 (2018). DOI:10.48550/arXiv.1805.04430
22. V. K. Dubrovich, Y. N. Eroshenko, and S. I. Grachev, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 503 (2), 3081 (2021). DOI:10.1093/mnras/stab689
23. V. K. Dubrovich and S. I. Glazyrin, arXiv e-prints astro/ph:1208.3999 (2012). DOI:10.48550/arXiv.1208.3999
24. V. K. Dubrovich and S. I. Grachev, Astronomy Letters 45 (11), 701 (2020). DOI:10.1134/S1063773719110021
25. V. K. Dubrovich and A. A. Lipovka, Astron. and Astrophys. 296, 301 (1995).
26. M. Forconi, Ruchika, A. Melchiorri, et al., arXiv e-prints astro/ph:2306.07781 (2023). DOI:10.48550/arXiv.2306.07781
27. N. Gorkavyi, New Astronomy 91, article id. 101698 (2022). DOI:10.1016/j.newast.2021.101698
28. N. Gorkavyi and A. Vasilkov, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 476 (1), 1384 (2018). DOI:10.1093/mnras/sty335
29. N. N. Gorkavyi and S. A. Tyul’bashev, Astrophysical Bulletin 76 (3), 229 (2021). DOI:10.1134/S199034132103007X
30. V. G. Gurzadyan and R. Penrose, European Physical Journal Plus 128, article id. 22 (2013). DOI:10.1140/epjp/i2013-13022-4
31. S. Hawking, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 152, 75 (1971). DOI:10.1093/mnras/152.1.75
32. M. Y. Khlopov and A. G. Polnarev, Physics Letters B 97 (3-4), 383 (1980). DOI:10.1016/0370-2693(80)90624-3
33. R. P. Naidu, P. A. Oesch, P. van Dokkum, et al., Astrophys. J. 940 (1), id. L14 (2022). DOI:10.3847/2041-8213/ac9b22
34. H. Padmanabhan and A. Loeb, Astrophys. J. 953 (1), id. L4 (2023). DOI:10.3847/2041-8213/acea7a
35. J. R. Pritchard and A. Loeb, Reports on Progress in Physics 75 (8), id. 086901 (2012). DOI:10.1088/0034-4885/75/8/086901
36. S. G. Rubin, A. S. Sakharov, and M. Y. Khlopov, Soviet Journal of Experimental and Theoretical Physics 92 (6), 921 (2001). DOI:10.1134/1.1385631
37. B. Shlaer, A. Vilenkin, and A. Loeb, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 2012 (5), id. 026 (2012). DOI:10.1088/1475-7516/2012/05/026
38. B.-Y. Su, N. Li, and L. Feng, arXiv e-prints astro/ph:2306.05364 (2023). DOI:10.48550/arXiv.2306.05364
39. J. D. Turner, P. Zarka, J.-M. Grießmeier, et al., Astron. and Astrophys. 645, id. A59 (2021). DOI:10.1051/0004-6361/201937201
40. M. P. van Haarlem, M. W. Wise, A. W. Gunst, et al., Astron. and Astrophys. 556, id. A2 (2013). DOI:10.1051/0004-6361/201220873
41. D. A. Varshalovich and V. K. Khersonskii, Soviet Astronomy Letters 3, 155 (1977).
42. E. O. Vasiliev and Y. A. Shchekinov, Astronomy Reports 56 (2), 77 (2012). DOI:10.1134/S1063772912020096
43. Y. B. Zel’dovich, Soviet Astronomy Letters 4, 88 (1978).
44. Y. B. Zel’dovich and I. D. Novikov, Sov. Astron. 10, 602 (1967).
2. Y. Ageeva, P. Petrov, and V. Rubakov, Physical Review D 104 (6), article id. 063530 (2021). DOI:10.1103/PhysRevD.104.063530
3. Y. Ageeva, P. Petrov, and V. Rubakov, arXiv e-prints astro-ph/2207.04071 (2022). DOI:10.48550/arXiv.2207.04071
4. A. Amruth, T. Broadhurst, J. Lim, et al., NatureAstronomy 7, 736 (2023). DOI:10.1038/s41550-023-01943-9
5. V. A. Berezin, V. A. Kuzmin, and I. I. Tkachev, Physics Letters B 120 (1-3), 91 (1983). DOI:10.1016/0370-2693(83)90630-5
6. V. S. Berezinsky, V. I. Dokuchaev, and Y. N. Eroshenko, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 2011 (12), id. 007 (2011). DOI:10.1088/1475-7516/2011/12/007
7. E. Bertschinger, Astrophys. J. Suppl. 58, 39 (1985). DOI:10.1086/191028
8. J. D. Bowman, A. E. E. Rogers, R. A. Monsalve, et al., Nature 555 (7694), 67 (2018). DOI:10.1086/191028
9. R. Brandenberger and P. Peter, Foundations of Physics 47 (6), 797 (2017).DOI:10.1007/s10701-016-0057-0
10. B. Carr, K. Kohri, Y. Sendouda, and J. Yokoyama, Reports on Progress in Physics 84 (11), id. 116902 (2021a). DOI:10.1088/1361-6633/ac1e31
11. B. Carr, F. Kühnel, and L. Visinelli, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 501 (2), 2029 (2021b). DOI:10.1093/mnras/staa3651
12. B. J. Carr, Astrophys. J. 201, 1 (1975). DOI:10.1086/153853
13. S. Comerón, I. Trujillo, M. Cappellari, et al., Astron. and Astrophys. 675, id. A143 (2023). DOI:10.1051/0004-6361/202346291
14. P. de Bernardis, V. Dubrovich, P. Encrenaz, et al., Astron. and Astrophys. 269 (1-2), 1 (1993).
15. F. de Gasperin, H. W. Edler, W. L. Williams, et al., Astron. and Astrophys. 673, id. A165 (2023). DOI:10.1051/0004-6361/202245389
16. V. I. Dokuchaev and Y. N. Eroshenko, Astronomy Letters 27 (12), 759 (2001). DOI: 10.1134/1.1424357
17. V. I. Dokuchaev and Y. N. Eroshenko, Astronomical and Astrophysical Transactions 22 (4-5), 727 (2003). DOI:10.1134/1.1424357
18. A. Dolgov and J. Silk, Physical Review D 47 (10), 4244 (1993). DOI:10.1103/PhysRevD.47.4244
19. C. T. Donnan, D. J. McLeod, J. S. Dunlop, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 518 (4), 6011 (2023). DOI:10.1093/mnras/stac3472
20. V. K. Dubrovich, Sov. Astron. Lett. 3, 128 (1977).
21. V. K. Dubrovich, arXiv e-prints astro/ph:1805.04430 (2018). DOI:10.48550/arXiv.1805.04430
22. V. K. Dubrovich, Y. N. Eroshenko, and S. I. Grachev, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 503 (2), 3081 (2021). DOI:10.1093/mnras/stab689
23. V. K. Dubrovich and S. I. Glazyrin, arXiv e-prints astro/ph:1208.3999 (2012). DOI:10.48550/arXiv.1208.3999
24. V. K. Dubrovich and S. I. Grachev, Astronomy Letters 45 (11), 701 (2020). DOI:10.1134/S1063773719110021
25. V. K. Dubrovich and A. A. Lipovka, Astron. and Astrophys. 296, 301 (1995).
26. M. Forconi, Ruchika, A. Melchiorri, et al., arXiv e-prints astro/ph:2306.07781 (2023). DOI:10.48550/arXiv.2306.07781
27. N. Gorkavyi, New Astronomy 91, article id. 101698 (2022). DOI:10.1016/j.newast.2021.101698
28. N. Gorkavyi and A. Vasilkov, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 476 (1), 1384 (2018). DOI:10.1093/mnras/sty335
29. N. N. Gorkavyi and S. A. Tyul’bashev, Astrophysical Bulletin 76 (3), 229 (2021). DOI:10.1134/S199034132103007X
30. V. G. Gurzadyan and R. Penrose, European Physical Journal Plus 128, article id. 22 (2013). DOI:10.1140/epjp/i2013-13022-4
31. S. Hawking, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 152, 75 (1971). DOI:10.1093/mnras/152.1.75
32. M. Y. Khlopov and A. G. Polnarev, Physics Letters B 97 (3-4), 383 (1980). DOI:10.1016/0370-2693(80)90624-3
33. R. P. Naidu, P. A. Oesch, P. van Dokkum, et al., Astrophys. J. 940 (1), id. L14 (2022). DOI:10.3847/2041-8213/ac9b22
34. H. Padmanabhan and A. Loeb, Astrophys. J. 953 (1), id. L4 (2023). DOI:10.3847/2041-8213/acea7a
35. J. R. Pritchard and A. Loeb, Reports on Progress in Physics 75 (8), id. 086901 (2012). DOI:10.1088/0034-4885/75/8/086901
36. S. G. Rubin, A. S. Sakharov, and M. Y. Khlopov, Soviet Journal of Experimental and Theoretical Physics 92 (6), 921 (2001). DOI:10.1134/1.1385631
37. B. Shlaer, A. Vilenkin, and A. Loeb, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 2012 (5), id. 026 (2012). DOI:10.1088/1475-7516/2012/05/026
38. B.-Y. Su, N. Li, and L. Feng, arXiv e-prints astro/ph:2306.05364 (2023). DOI:10.48550/arXiv.2306.05364
39. J. D. Turner, P. Zarka, J.-M. Grießmeier, et al., Astron. and Astrophys. 645, id. A59 (2021). DOI:10.1051/0004-6361/201937201
40. M. P. van Haarlem, M. W. Wise, A. W. Gunst, et al., Astron. and Astrophys. 556, id. A2 (2013). DOI:10.1051/0004-6361/201220873
41. D. A. Varshalovich and V. K. Khersonskii, Soviet Astronomy Letters 3, 155 (1977).
42. E. O. Vasiliev and Y. A. Shchekinov, Astronomy Reports 56 (2), 77 (2012). DOI:10.1134/S1063772912020096
43. Y. B. Zel’dovich, Soviet Astronomy Letters 4, 88 (1978).
44. Y. B. Zel’dovich and I. D. Novikov, Sov. Astron. 10, 602 (1967).
The Metron Project. I. The Metron Project Science Program
© 2024
V. K. Dubrovich1*, S. I. Grachev2**, Yu. N. Eroshenko3***, S. I. Shirokov1****, and G. G. Valyavin4*****
1St. Petersburg Branch of Special Astrophysical Observatory of Russian Academy of Sciences, St. Petersburg, 196140 Russia
2St. Petersburg State University, St. Petersburg, 199034 Russia
3Institute for Nuclear Research of Russian Academy of Sciences, Moscow, 117312 Russia
4Special Astrophysical Observatory, Russian Academy of Sciences, Nizhnii Arkhyz, 369167 Russia
*E-mail: E-mail: dvk47@mail.ru
**E-mail: s.grachev@spbu.ru
***E-mail: eroshenko@inr.ac.ru
****E-mail: lakronous@mail.ru
*****E-mail: gvalyavin@gmail.com
2St. Petersburg State University, St. Petersburg, 199034 Russia
3Institute for Nuclear Research of Russian Academy of Sciences, Moscow, 117312 Russia
4Special Astrophysical Observatory, Russian Academy of Sciences, Nizhnii Arkhyz, 369167 Russia
*E-mail: E-mail: dvk47@mail.ru
**E-mail: s.grachev@spbu.ru
***E-mail: eroshenko@inr.ac.ru
****E-mail: lakronous@mail.ru
*****E-mail: gvalyavin@gmail.com
In this paper, the first in a series of four articles, the scientific goals of theMetron project are highlighted, and the characteristics of the cosmic objects available for study within its framework are provided. The Metron interferometer radio telescope should include arrays of meter-range dipole antennas placed on Earth, in outer space, or on the far side of the Moon (or a combination of these options). Working in the meter range will enable the study of the so-called cosmological epoch of the “Dark Ages”, which is challenging to observe but highly interesting for understanding the origin of the first stars, galaxies, and black holes, as well as for the search for new cosmological objects and processes. One possibility is to search for absorption in the 21-cm line within the extended halos around early protogalaxies and supermassive primordial black holes, whose existence is predicted in a number of models. Another goal of Metron may be to clarify the anomalous absorption in the 21-cm line previously detected by the EDGES telescopes and to observe radio emissions from the magnetospheres of stars and exoplanets. The Metron project aims to achieve unprecedented resolution in the meter range, which is expected to yield new world-class scientific results. Meter-range antennas and receivers are relatively simple and inexpensive, and the construction of interferometric arrays from them can be accomplished in a relatively short period of time.
Keywords:
quasars: supermassive black holes—radio lines: galaxies—radio lines: planetary systems
К содержанию номера