Файл: Иноземцев, Г. Г. Незатылованные шлицевые червячные фрезы-1.pdf

Излом в спектре излучения возникает также, если область распро­ странения ограничена в пространстве и имеет место утечка электро­ нов в этой области. Подобная модель, а также более сложные мо­ дели, в которых учитываются и другие факторы (например, ускоре­ ние частиц), изучались в работах [5—11]. Наиболее детально тако­ го рода модели проанализированы в работе [8].

Рассмотрим задачу, решение которой представляет интерес в свя­ зи с интерпретацией рентгеновского фонового излучения (см. гл. 6).

Пусть в области пространства, заполненной излучением с энер­ гетическим спектром / (е), происходит стационарная инжекция электронов с энергетическим спектром / (Ее). Взаимодействуя с первичным излучением, электроны тормозятся, порождая фотоны вторичного излучения с энергетическим спектром N (Еу). Если вре­

d\\nN(Ev)]

д [1пЕу]

будет удовлетворять неравенству [12]

Докажем это утверждение.

Светимость единицы объема, обусловленная обратным комптонэффектом, связана с равновесным спектром электронов соотноше­ нием (см. § 2.2)

155

Поскольку интенсивность вторичного излучения линейно зависит от светимости единицы объема, из выражения (4.20) вытекает соот­ ношение (4.16).

Ограничение (4.16) на форму спектра обратного комптоновского излучения является универсальным в том смысле, что оно не за­ висит ни от характера энергетического спектра первичного излуче­ ния, ни от вида спектра инжекции электронов. Единственным усло­ вием применимости полученного критерия является малость време­ ни жизни электронов в области излучения.

Время жизни электронов высоких энергий (Еу ^ 1 Гэв) в меж­ галактическом пространстве мало по сравнению с хаббловским вре­ менем расширения Метагалактики (/я ~ 1/#о ~ Ю1 0 лет, см. § 1.4). Поэтому условие (4.16) должно выполняться в любой модели про­ исхождения рентгеновского фонового излучения, основанной на обратном комптон-эффекте метагалактических электронов (см. § 4.4).

§ 4.2.

КИНЕТИКА ЭЛЕКТРОНОВ В НЕСТАЦИОНАРНЫХ ИСТОЧНИКАХ РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ

Рассмотрим кинетику электронов в нестационарных расширяю­ щихся облаках релятивистских частиц. Это представляет особый интерес в связи с возможностью непосредственно проследить эту кинетику по наблюдаемому изменению со временем синхротронного излучения электронов. На возможность такого изменения впервые было указано для расширяющихся оболочек сверхновых звезд [13]. Конкретно речь шла о вековом (<~2% в год) уменьшении потока ра­ диоизлучения от оболочки сверхновой в Кассиопее, и этот относи­ тельно небольшой эффект был вскоре обнаружен [14]. Через несколь­ ко лет были открыты более сильные изменения (причем не только уменьшение, но и возрастание ) потока радиоизлучения от внегалак­ тических радиоисточников (квазаров и активных ядер галактик). У ряда квазаров изменения в радиосветимости за время порядка нескольких месяцев превосходят 1044 эрг!сек (если радиоизлучение изотропно), что равносильно излучению наиболее мощных радио­ галактик типа Лебедь-А! Исследование подобных источников пе­ ременного радиоизлучения занимает в настоящее время значитель­ ное место во внегалактической радиоастрономии [15]. Накопление наблюдательной информации обещает дать исключительно важные сведения о природе и динамике взрывных процессов в компактных объектах.

Рассмотрим здесь простейший вопрос кинетики электронов в не­ стационарных источниках радиоизлучения — изменение интенсив­ ности излучения облака релятивистских электронов, расширяющего­ ся с нерелятивистской скоростью.

156

Предположим, что инжекция релятивистских электронов в рас­ ширяющееся облако прекращается на ранних стадиях расширения. Далее, предположим, что имеет место сохранение магнитного потока облака при его расширении. Тогда изменение поля с изменением ра­ диуса облака R связано соотношением

В расширяющемся облаке электронов возможны следующие меха­ низмы потерь энергии релятивистскими электронами.

1. Потери энергии на адиабатическое расширение; они обуслов­ лены столкновением релятивистских электронов с неоднородностями магнитного поля, имеющими компоненту скорости в направле­ нии расширения. Эти потери равны

Из приведенных выражений видно, что на достаточно поздней стадии расширения доминируют потери на адиабатическое расшире­ ние, медленно убывающие с увеличением радиуса облака. Энергия электронов из-за адиабатического расширения меняется по закону

Найдем теперь изменение интенсивности излучения при расширении облака релятивистских электронов со степенным спектром:

Выражение для интенсивности излучения от облака электронов радиуса R в области высоких частот, где облако оптически тонкое для собственного излучения, можно записать в виде

Использовав соотношения (4.21), (4.24) и

157

легко получить, что интенсивность потока излучения на фиксиро­ ванной частоте v зависит от радиуса облака, согласно

В области более низких частот, где облако оптически толстое от­ носительно синхротронной реабсорбции, полученные выражения следует изменить. Интенсивность излучения от оптически толстого облака выражается формулой

Fvcs>H-V2R*\V*. (4.30)

Подставив в (4.30) выражения (4.21), (4.24), (4.27), получим, что на •частотах, где существенна реабсорбция,

Интенсивность излучения от расширяющегося облака релятиви­ стских электронов имеет максимум на частоте, при которой облако становится прозрачным для собственного излучения. По порядку величины эта частота, определяемая из выражения ц. (vm)R ~ 1, равна

Изменение частоты v m с радиусом облака описывается соотно­ шением

Эта простая теория изменений интенсивности излучения при расши­ рении облака релятивистских электронов, обладающего самопогло­ щением, была разработана в работах [16, 17].

Несмотря на простоту (лучше было бы сказать, многочисленные упрощения), эта теория качественно неплохо описывает характер радиопеременности квазаров и активных ядер галактик. Однако при более детальном сопоставлении с наблюдениями выявляются опреде­ ленные трудности модели. Так, сопоставление соотношения (4.34) с частотной зависимостью максимальной интенсивности переменного радиоизлучения у ряда источников привело к значению показателя

ние, возможно, связано с предположением об адиабатическом умень­ шении энергии электронов при расширении [Ее ~ R"1, согласно

158