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

Аналогичное выражение было найдено ранее в работе [48].

Следует отметить, что выражение (6.26) выведено в пренебреже­ нии возможной диффузией первичной компоненты.

Для грубых оценок целесообразно использовать упрощенные вы­ ражения, в которых поток dPh задается некоторыми гипотезами wd кос» [49].

§ 6.3.

ПОГЛОЩЕНИЕ ФОНОВЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Фоновые излучения при прохождении межгалактической среды испытывают следующие взаимодействия: комптон-эффект и образо­ вание пар на межгалактическом газе и образование пар на реликто­ вом (или оптическом и инфракрасном) излучении.

Сделаем вначале несколько общих замечаний. Сечение последне­ го процесса имеет высокий энергетический порог, поэтому им можно

роятность рассеяния фотона на длине порядка фотометрического, радиуса Вселенной RQ = с/Н0 равна оптической толще:

to = л о t = 6,6.1O-2 , (6.27)

иэтим взаимодействием можно пренебречь. Однако ситуация изме­ няется, если фотоны образуются при больших z. Из-за увеличения

плотности газа при возрастании z оптическая толща межгалакти­ ческого газа быстро растет: ^ 0

Для дальнейшего существенно следующее различие между комп- тон-эффектом и образованием пар. В последнем случае фотон исче­ зает в процессе взаимодействия (число фотонов уменьшается), в пер­ вом он рассеивается и теряет часть своей энергии.

При достаточно больших энергиях фотонов (Еу ^ 100 Мэв) в про­ цессе взаимодействия фотонов с газом преобладает рождение пар. Поглощение фотонов в газе описать математически просто: удельная

кинетические уравнения для фотонов. Этот вопрос подробно разби­ рался в работах [52—54].

Общее уравнение для переноса излучения в расширяющейся Вселенной имеет вид [54]

200

Первый член в правой части этого уравнения учитывает потери энергии, обусловленные расширением Вселенной, второй описывает источники излучения, третий — поглощение фотонов из-за образо­ вания пар, последние два члена отвечают изменению интенсивности, обусловленному комптон-эффектом.

Вообще говоря, уравнение (6.32) следует решать численно. Одна­ ко в предельных случаях (Еу > тс2 и Еу <^ тс2) его решение рупощается. Случай больших энергий (Еу > тс2) подробно рассмотрен в работах [52—54]. Здесь же остановимся на более простом случае малых энергий (Еу <С тс2), имеющем к тому же больший практи­ ческий интерес. При таких энергиях в каждом акте взаимодействия фотон теряет малую часть своей энергии. Поэтому изменение энер­ гии фотона при рассеянии можно считать непрерывным процессом, скорость которого описывается следующей формулой:

Дифференциальное уравнение для изменения энергии фотона, обу­ словленного красным смещением и комптон-эффектом, при р / р к р и т == = 1 имеет вид

\Е'У — энергия фотона в точке г, Еу — энергия фотона в точке ре­ гистрации (г = 0)] и выражение (6.16) для функции источников рент­ геновского излучения, можно записать следующее выражение для потока излучения, наблюдаемого при z = 0:

чить форму кривой для дифференциального потока излучения, близ­ кую к наблюдаемой в диапазоне Ev ^ 100 кэв (см. рис. 46). Тем не менее объяснить излом в спектре фонового рентгеновского излуче­ ния взаимодействием с межгалактическим газом невозможно. Дело в том, что сечение комптон-эффекта уменьшается с увеличением энер­ гии фотона. Это приводит к тому, что в спектре излучения (рис. 47)

201

новского излучения эта выемка отсутствует. По-видимому, фоновое рентгеновское излучение не содержит указаний на происходившее взаимодействие с межгалактическим газом. Из этого следует, что либо источники рентгеновского фонового излучения располагаются

Введение. В § 6.3 отмечено, что фоновые излучения в рентгеновс­ ком диапазоне могут доходить до нашей Галактики с расстояний, от­ вечающих красному смещению z ^ 10—20. В этом относительно важ­ ная особенность жесткого фонового излучения. Оно несет информа­

канал информации о времени возникновения скоплений галактик (или галактик) и о ранних стадиях их развития.

При интерпретации фоновых излучений возникают два связанных между собой вопроса: о механизме фонового излучения и его источ­ никах. Возможны два крайних подхода. Первый базируется на до­ пущении, что между различными участками спектра фонового излу-

202

чения существуют причинные связи, свидетельствующие об общнос­ ти механизмов и источников фонового излучения. В предельном слу­ чае такой картине отвечает предположение, что все фоновое излу­ чение обусловлено одним механизмом и одним типом источников.

Другой подход связан с допущением, что различные участки спектра не связаны общностью происхождения и каждый из них мо­ жет быть обусловлен разными типами источников.

К сожалению, характер спектра фонового излучения (см. рис. 42) не позволяет сделать однозначный выбор в пользу того или иного из этих подходов.

Энергетический спектр фонового излучения в радио- (v ^ ^ 1 ООО Мгц) и рентгеновской областях характеризуется отсутствием резких выбросов (см. § 6.1)*. Спектр в радио- и рентгеновском диапа­

добное представление наблюдательных данных неоднозначно. Нель­

Общие соображения. Поскольку в метагалактических источниках нетеплового излучения нередко наблюдаются сильные магнитные поля и области с высокой плотностью излучения (см. гл. 1), то по­ явление фона в обсуждаемых диапазонах можно в принципе связать с синхротронным излучением или с обратным комптон-эффектом.

Синхротронный механизм в принципе способен объяснить фоно­ вое излучение от радиодо рентгеновского диапазона. Казалось бы, аргументом в пользу синхротронной гипотезы является возможность (в рамках современных наблюдательных данных) аппроксимировать спектр в радио- и рентгеновском диапазонах единым степенным, за­ коном [55]. Однако подобная гипотеза встречается с громадными трудностями при анализе конкретных возможных источников фоно­ вых излучений (см. [56] и далее этот раздел).

Другая гипотеза (назовем ее комптон-синхротронной) основана на допущении, что радиофон обусловливается синхротронным из­ лучением, а рентгеновский возникает при обратном комптон-эффек- те на реликтовом излучении [44, 57—59].

Иной подход связан с тепловым механизмом. Простейшее допу­ щение о тепловом спектре планковского типа излучения оптически тонкой плазмы не удовлетворяет наблюдательным данным из-за

* Примером резкого выброса в спектре фонового излучения может слу­ жить реликтовое излучение, природа которого существенно отлична от фоно вого излучения в других диапазонах (см. § 1.4).

203