ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 99
Скачиваний: 1
334 |
ГЛ. XIII. РАДИОИЗЛУЧЕНИЕ ВСПЫХИВАЮЩИХ |
ЗВЕЗД |
|
Распределение рентгеновского фона по галактической |
|
шпроте (по Ѳ) дается следующим выражением: |
|
|
|
Е(г, Ѳ) ~ |
(13.34). |
При заданной величине ß галактическая концентрация рентгеновских изофот усиливается с увеличением г до предельного расстояния, откуда рентгеновское излучение может добраться до нас без существенного поглощения. Это предельное расстояние или проницаемость в направ лении галактического центра увеличивается с уменьшением длины волны (поскольку коэффициент поглощения —Х~3). Поэтому соотношение (13.34) можно сформулировать и иначе: галактическая концентрация рентгеновских изофот увеличивается с переходом от длинных воли к ко ротким.
Соотношение (13.31) дает статистически среднюю ве личину яркости рентгеновского фона Галактики. При более высоких значениях потока рентгеновского излуче ния мы, очевидно, должны зафиксировать только от дельные рентгеновские всплески продолжительностью 1—2 минуты, исходящие от сравнительно близких вспы хивающих звезд. Иначе говоря, в случае больших потоков мы должны наблюдать своего рода рентгеновское мерца
ние. Частота |
таких мерцаний / в среднем будет увели |
||
чиваться |
с |
уменьшением |
наблюдаемой интенсивности |
источника |
в |
рентгеновских |
лучах. Действительно, об |
щее число вспышек, которые можно наблюдать одновре менно внутри полости с единичной линейной толщипой и находящейся от нас на расстоянии г, будет таково: r2dQ п (г, Ѳ)рх- Это есть одновременно частота вспышек, т. е. / — г2. В то же время средняя интенсивность вспыш
ки уменьшается |
обратно пропорционально квадрату |
|||
расстояния Е ~ |
г '2. Отсюда |
вытекает |
следующее |
ин |
тересное соотношение между |
частотой |
вспышек в |
дан |
|
ном направлении и наблюдаемой интенсивностью вспышки:
f-E — const. |
(13.35) |
Таким образом, если когда-нибудь будут обнаружены мерцающие источники космического рентгеновского из лучения, то, во-первых, они определенно должны быть
§ МЕЖЗВЕЗДНЫЙ ГЕЛИЙ |
33» |
|
вызваны вспыхивающими звездами, и, во-вторых, про изведение частоты вспышек на соответствующую этим вспышкам интенсивность рентгеновского излучения дол жно быть величиной постоянной, если, конечно, вспы хивающие звезды распределены в пространстве равномер но и их средняя излучательная способность в рентгенов ских лучах одинакова.
§ 8. Возможность обнаружения межзвездного гелия
Межзвездное пространство должно быть полностью непрозрачным для излучения в широкой области — от 912 Â до, по крайней мере, 50 Â. Поглощение вызвано в основном межзвездным водородом и ослабляется в сторо ну коротких волн примерно пропорционально Х~3. Это для обычных звезд.
Вспыхивающие звезды находятся очень близко к Солнцу, поэтому для них зона непрозрачности будет значительно уже. Так, например, для UV Cet оптическая
толща |
межзвездной |
среды |
t x будет порядка единицы у |
X — 250 Â, если принять концентрацию атомов водорода |
|||
пц = |
1 см-3, и X •— |
550 А, |
если 7ги = 0,1 см-3. Это зна |
чит, что в принципе достаточно сильную вспышку UV Cet можно будет зарегистрировать в области длин волн ко роче 250 А в первом случае, и короче 550 А — во втором случае. В связи с этим возникает интересная возможность обнаружения межзвездного гелия, если воспользоваться
тем, |
что в |
указанной области находится |
граница скач |
ка |
(504 А) |
в непрерывном поглощении |
нейтрального |
гелия. |
|
|
|
Непрерывная эмиссия во время вспышки в области
— 500 А почти в одинаковой степени обусловлена обрат ным комптон-эффектом и нетепловым тормозным излу чением. Последний, однако, играет преобладающую роль
в области X + 550 А. Спектр |
этого |
излучения представ |
|
лен пунктирной линией |
3 на рис. |
95. |
|
Далее, предполагая, |
что |
концентрация межзвездно |
|
го гелия в 10 раз меньше концентрации водорода, можно
написать для |
оптической |
толщи |
(в области Ä.+504 А) |
|||
£>. = |
6,3 |
г |
3 |
0,76 5 |
n H 1 0 -18i |
(13.36) |
912 |
+ |
|||||
336 |
ГЛ. XIII. РАДИОИЗЛУЧЕНИЕ ВСПЫХИВАЮЩИХ ЗВЕЗД |
где г* — расстояние звезды от нас. Для UV Get имеем 7-^=2,бпарсек. С помощью этих данных вычислены спектры дошедшего до нас излучения во время вспышки UV Cet для двух случаев: тгн = 1 см-3 и тгн = 0,1 см-3. Ре зультаты представлены на рис. 95 (кривые 1 и 2). Как следует из этого рисунка, при тгн — 1 см-3 скачок на 504 Â нейтрального гелия не будет виден; он будет
Рпс. 95. Теоретическая структура непрерывного спектра излуче ния UV Cet во время вспышки в области 200—1000 А. Виден скачок в непрерывном спектре у 504 А, обусловленный поглощением меж звездного нейтрального гелия.
виден |
при тгн = |
0,1 см-3, |
а величина скачка равна |
||
/ (504+)// (504“) = |
1,65. Дальше, |
в сторону |
коротких, |
||
воли |
интенсивность быстро |
растет, |
достигая |
максимума |
|
врентгеновской области спектра.
Вслучае, если удастся сфотографировать спектр вспыш ки от UV Cet в области короче 600 Â, следует ожидать появления некоторых линий поглощения нейтрального гелия, в частности, 584, 537 и, возможно, 522 Â.
Другая вспыхивающая звезда, V 645 Сеп, находится вдвое ближе к нам, чем UV Cet. Вспышки этой звезды будут доступны регистрации начиная уже с 700 А и короче (при тгн = 0,1 см-3). Что касается остальных вспыхи
вающих звезд типа UV Cet, то вспышки большинства из них можно будет свободно регистрировать в области короче 300 А.
I 9. ВСПЫХИВАЮЩИЕ ЗВЕЗДЫ |
337 |
§ 9. Вспыхивающие звезды как инжекторы первичных частиц с высокой энергией
Быстрые электроны, как неоднократно отмечалось выше, покидают вспыхивающую звезду, сохранив прак тически полностью первоначальную энергию порядка 10е эВ. В связи с этим возникает вопрос, не являются ли вспыхивающие звезды своеобразными инжекторами первичных космических частиц со сравнительно малой энергией? Оказавшись в межзвездной среде, часть этих частиц может затем приобрести дополнительную энергшо
врезультате ускорения во время многократного прохож дения сквозь локальные магнитные поля в Галактике (механизм Ферми).
Вэтом случае, выражаясь картинно, вспыхиваю щие звезды играют роль своего рода линейного уско рителя (инжектора), сообщая первоначальным частицам энергию до — ІО6 эВ, а сама межзвездная среда — роль основного ускорителя (синхрофазотрона), где эти частицы разгоняются до энергий порядка 1010 — 1012 эВ и больше,
взависимости от продолжительности разгона и харак тера магнитных полей на пути следования.
Внастоящее время возможными источниками первич ных космических частиц считаются вспышки сверхновых звезд [32]. Однако, если учесть большую частоту вспышек у обычных вспыхивающих звезд, а также многочислен ность самих вспыхивающих звезд, предположение, что они могут быть также и источниками первичных космических частиц, не кажется таким уж невероятным. Вопрос за ключается в том, какая часть оказавшихся в межзвездной среде быстрых электронов превращается в космические лучи высокой энергии. По-видимому, эта часть невелика, ибо подавляющее количество быстрых электронов будет терять свою энергию при неупругих столкновениях с частицами межзвездной среды и газово-пылевых облаков.
12 Г. А . Гурзадяп
Г л а в а XIV
БЫСТРЫЕ ЭЛЕКТРОНЫ
§ 1. Общие замечания
Тот факт, что оптическая вспышка звезды сопровож дается выделением мощного радиоизлучения, имеет реша ющее значение для понимания истинной природы самой вспышки. Он свидетельствует о том, что в момент вспышки появляются релятивистские электроны в ог ромном количестве, если, конечно, исходить из допущения, что наблюдаемое радиоизлучение имеет магнитотормозное (синхротронное) происхождение. Вместе с тем концентра ция этих электронов должна быть очень велика, посколь ку пространство вокруг звезды, где происходит генерация радиоизлучения, имеет сравнительно небольшие размеры.
Такое плотное, хотя и короткоживущее, облако из релятивистских или быстрых электронов должно быть одновременно мощным генератором электромагнитных ко лебаний и в других частотах, прежде всего оптических. Именно этот вопрос был главным предметом исследования в настоящей монографии, в ходе которого была установле на преобладающая роль двух явлений: неупругие столк новения инфракрасных фотонов с быстрыми электронами, т. е. обратный комптон-эффект, и тормозное излучение быстрых электронов в кулоновском поле элементарных частиц. Большинство оптических вспышек, оказывается, вызвано обратным комптон-эффектом. Однако очень мощ ные оптические вспышки могут быть индуцированы тор мозным излучением быстрых электронов. Наконец, тео рия предсказывает возможность мощного, хотя и очень кратковременного рентгеновского излучения во время вспышки звезды, причем оно должно быть вызвано ис ключительно тормозным излучением быстрых электронов.
Таким образом, к необходимости привлечения быстрых электронов для объяснения природы оптических вспышек
§ 1. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ |
339 |
звезд нас принуждает сам факт радиоизлучения вспыхи вающих звезд. Что касается обратного комптон-эффекта как основного механизма для индуцирования оптических вспышек, то к этому мы пришли в процессе самого анализа условий в окрестностях звезд.
Однако до сих пор почти ничего не было сказано о том, откуда все-таки берутся быстрые электроны во внешних областях звезды. Собственно говоря, на данном этапе «освоения» гипотезы быстрых электронов ставить проблему происхождения быстрых электронов было бы даже прежде временным. Ведь идея о быстрых электронах как первоис точника вспышек у звезд сама по себе является доста точно еретической и требующей сначала твердых и неос поримых доказательств своей разумности. По сути дела, все предыдущие главы настоящей монографии посвящены тому, чтобы убедиться в приемлемости этой идеи. В какойто степени как будто это удалось; многие выводы теории оказались в согласии с данными наблюдений. Однако всего этого мало. По-видимому, решающее слово все-таки при надлежит рентгеновским наблюдениям. Уверенное об наружение хотя бы одной рентгеновской вспышки могло бы окончательно убедить нас в правильности гипотезы быстрых электронов.
Однако нет основания думать, что даже после этого проблема генерации быстрых электронов в атмосферах звезд может быть легко решена. Примером тому служит хотя бы история с радиогалактиками и остатками сверх новых; радиоизлучение, а иногда оптическое и рентгенов ское излучение этих и сходных с ними объектов имеют синхротронное происхождение, однако нам пока ни чего неизвестно о природе появления или генерации
самих релятивистских электронов с энергией порядка 1010 _ і 0із эВ.
Тем не менее высказать некоторые общие соображения по поводу возможных путей возникновения быстрых электронов в звездных атмосферах, по-видимому, не будет
И З Л И Ш Н И М .
Мыслимы следующие пути появления быстрых электро нов во внешних областях звезды:
I. Выброс быстрых электронов прямо из недр звезды. JI. Ускорение обычных тепловых электронов в маг
нитных полях. звезды.
12*