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

экспоненциального обрезания при Ev >, kT. Такое предположение соответствует однородно нагретому межгалактическому газу. Однако иная ситуация соответствует неоднородному нагреву. Усреднение по различным температурам может привести к степенной или квази­

Существование излома трудно объяснить в рамках синхротронной или комптон-синхротронной гипотезы, не вводя дополнительных предположений, поскольку обе модели не содержат внутренних пара­ метров, определяющих изменение показателя уу. Еще большие труд­ ности, быть может, связаны с величиной изменения показателя Ауч. Хотя нельзя исключить, что Ayv <С 1/2, однако скорее эта величина приближается к Ауу ~ 1. Если изменение показателя обусловлено энергетическими потерями релятивистских электронов в тех же про­

Нельзя связать изменение показателя спектра и с другими ме­ ханизмами потерь: тормозными (§ 2.3) или ионизационными потеря­ ми (см. § 3.3).

Тормозное излучение нужно отвести, поскольку энергия тормоз­ ных фотонов Еу ~ Ее. Поэтому при доминировании тормозного из­ лучения (уу ~ 1,7) плотность энергии в у-диапазоне фоновых излу­ чений должна быть больше, чем в рентгеновском диапазоне, что про­ тиворечит наблюдениям (см. § 6.1).

В космических условиях в релятивистской области потери энер­ гии на ионизацию меньше, чем энергетические потери на синхротронное излучение, обратный комптон-эффект или тормозное излучение (см. § 3.3), поэтому ионизационные потери не могут существенно изменить спектр электронов.

Другая интерпретация излома связана с допущением, что спектр электронов не имеет чисто степенной формы уже в источниках [35, 60].

В работах [61—63] детально рассматривался механизм трансфор­ мации спектра релятивистских электронов за счет их взаимодейст­ вия с неоднородностями магнитных полей при отсутствии равнове­ сия между космическими лучами и магнитным полем.

Торможение субкосмических лучей. До сих пор мы полагали, что рентгеновский фон обусловлен релятивистскими электронами. В ра­ ботах [64, 65] было предложено весьма оригинальное объяснение из­ лома. Примечательно, что здесь характеристики излома обусловли­ ваются лишь космологическими параметрами: средней плотностью вещества р0 и постоянной Хаббла Н0. Несмотря на то, что последую­ щий анализ (подробнее см. работу [66]) показал несостоятельность подобной модели, весьма поучительно проследить до конца ее выво­ ды.

204

В работе [64] обсуждается механизм образования рентгеновских фотонов при торможении субкосмических (т. е. нерелятивистских) протонов на тепловых метагалактических электронах. В статье [65] рассматривалось взаимодействие субкосмических электронов с меж­ галактической плазмой*.

Хотя внешне эти модели выглядят различными, в их основе ле­ жит один и тот же процесс излучения фотонов электронами. Различие (не имеющее принципиального характера) состоит в выборе систе­

Для рассматриваемого случая нерелятивистских частиц количе­ ственно оба варианта приводят практически к одним и тем же резуль­ татам.

Действительно, в нерелятивистском пределе дифференциальное сечение day испускания кванта с энергией в интервале Еу, dEy при столкновении протона с электроном равно [69]

Здесь v — относительная скорость. Из (6.37) видно, что сечение не зависит от того, какая частица (электрон или протон) покоится. По­ этому мы ограничимся оценками протонного варианта [64].

Основная идея тормозного механизма базируется на зависимости энергетических потерь на красное смещение и ионизационных по­ терь от энергии. При энергиях частиц, больших некоторой крити­ ческой энергии -£крит> основная часть энергии будет теряться из-за расширения Вселенной, и поэтому в спектре обусловленного ими излучения будет излом даже в том случае, когда спектр генерации космических лучей имеет степенной вид.

Рассмотрим эту идею количественно. Потери энергии на расши­

где # 0 — постоянная Хаббла.

Потери энергии на ионизацию (основной процесс потерь для мед­

тике; b ~ 40 — логарифмический фактор.

* Тормозной механизм применительно к галактическим электронам рас­ сматривался давно [67, 68]. Такую модель нужно отвергнуть, поскольку она предсказывает анизотропное распределение рентгеновского космического излучения.

205

Приравнивая (6.38) к (6.39), получаем

.206

Итак, спектр субкосмических протонов имеет нестепенной харак­ тер, при увеличении Ек показатель спектра изменяется от yh —1,5 до yh. Это приводит к появлению излома в спектре излучения в нуж­ ном месте. Однако дальнейший анализ обнаруживает трудности этой модели.

Найдем плотность энергии субкосмических протонов, необходи­ мую для генерации наблюдавшегося рентгеновского излучения.

Соотношение (6.47) запишется в форме

Тогда мощность излучения 1У (Еу, z)dEv единицы объема в рентге­ новской области, обусловленная тормозным излучением протонов, равна

Приравняв это выражение наблюдаемому спектру фонового рент­ геновского излучения в области Еу ^ 50 кэв

ком высокой цифрой. Даже в Галактике плотность космических лу­ чей порядка 1 эв/см3, и плотность субкосмических лучей из-за более высоких энергетических потерь вряд ли будет существенно превы­ шать эту величину.

Столь большое значение плотности субкосмических лучей должно привести и к другому «неприятному» эффекту, а именно к сильному нагреву межгалактического газа. Используя методику, развитую в работе [70], можно показать, что межгалактический газ нагреется до

207