Файл: Иноземцев, Г. Г. Незатылованные шлицевые червячные фрезы-1.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.10.2024
Просмотров: 76
Скачиваний: 0
Оценки (см. гл. 5) показывают, что мощность испускания Галак тикой релятивистских частиц с энергией ~ 1 0 9 з в * равна UeK < 103 9 эрг/сек. Такой мощности недостаточно (без допущения об эволюции) для объяснения наблюдаемой интенсивности рентгенов ского излучения [см. соотношение (6.58)]. Таким образом, и в рамках диффузной схемы необходимо допущение об эволюции источников.
Непосредственная проверка диффузного варианта. Вид спектра рентгеновского излучения, образующегося при взаимодействии метагалактических электронов с реликтовым излучением, не может быть произвольным. Как было показано в работе [75] (см. также §4.1), на показатель спектра фонового рентгеновского излучения в диффуз ной модели накладывается ограничение: в любом энергетическом интервале численное значение уу = —д In Р (Еу)1дЕу не должно быть меньше 3/2.
Если это условие не выполняется, то фоновое рентгеновское из лучение не может быть обусловлено взаимодействием метагалактических электронов с реликтовым (или инфракрасным) излучением. В настоящее время (конец 1972 г.) результаты экспериментов по измерению спектральных характеристик фонового рентгеновского
излучения недостаточно |
определенны для |
того, |
чтобы |
сделать |
окончательные выводы |
о справедливости |
диффузной |
гипотезы |
|
(см., например, табл. 23). |
Однако если последующие, |
более точные, |
эксперименты по изучению спектра фонового рентгеновского излуче ния покажут, что условие yv ^ 3/2 не выполняется, то диффузную гипотезу происхождения рентгеновского фона можно будет от вергнуть.
Скопления галактик как возможный источник рентгеновского фона [56]. Выше отмечалось, что наиболее «естественные» гипотезы происхождения фона наталкиваются на трудности. Представляется целесообразным проанализировать возможную связь рентгеновско го фона с рентгеновским излучением скоплений галактик**. Сильное
рентгеновское излучение в диапазоне нескольких |
килоэлектрон |
||||
вольт наблюдалось от скопления Coma [76, 77] и от скопления |
Virgo |
||||
[78, 79]. Оказалось, что интенсивность излучения скопления |
Coma, |
||||
содержащего ~10 4 галактик, |
равна |
2,6-104 4 эрг/сек |
(в диапазоне |
||
1,8—10 кэв), а интенсивность |
скопления Virgo |
(2,5-103 галактик) |
|||
составляет 1,6-1043 эрг/сек (в диапазоне 0,7—4 кэв). |
|
|
|||
Принимая для простоты, что все галактики сосредоточены в скоп |
|||||
лениях и рентгеновское излучение |
скоплений |
пропорционально |
числу галактик в нем, можно получить, опираясь на формулу (6.13),
что в интервале |
1,8—10 кэв интенсивность фонового излучения со |
|||
ставляет^ Ю - 8 |
эрг (см2-сек-стер), |
что в 5—7 раз меньше наблю |
||
денного значения |
(см. §6.1). Этому расхождению едва |
ли следует |
||
придавать сейчас |
существенное |
значение, поскольку |
светимость |
|
в расчете на одну галактику весьма неопределенна. |
|
*Энергией, достаточной для образования рентгеновского излучения с энергией фотонов ~ 1 кэв.
**О такой возможности упоминалось в работе [76].
213
Рассмотрим теперь вопрос о форме спектра. Согласно работе [77], спектр излучения от скопления Coma можно представить экспонентой
/ = (0,69 ± 0 , 1 3 ) • Ю-1 "ехр |
( — g - ^ g r r i ) |
эрг/(см2-сек-стер-кэв) |
||
|
|
|
|
(6.66) |
или |
степенью |
|
|
|
/ = |
( 1 , 2 6 ± 0,24) ЛО - ^Еу 0 - 8 7 |
± 0 - 1 4 эрг/{см2-сек-стер-кэв). |
(6.67) |
Допущение, что нетепловой спектр можно объяснить комптоновским рассеянием реликтовых фотонов на релятивистских электронах, не удовлетворительно. Покажем, что при таком предположении будет большое отклонение от равнораспределения энергии между электро нами и магнитным полем и вокруг скопления должен быть сильный
ореол в рентгеновском |
диапазоне. |
|
|
|
Полагая |
расстояние до скопления Coma равным 90 Мпс, а угло |
|||
вой размер |
источника |
0 = 45', получаем, что |
объем |
источника |
2 -107 3 см3, а мощность излучения в рентгеновском |
диапазоне |
|||
/ v |
= 2 • \0~21Еу |
1 -8''фотон/'(см3 • стер - сек-кэв). |
(6.68) |
Используя выражение для удельной светимости релятивистских
электронов со степенным спектром (2.113), |
получаем |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
we= |
е |
е м и н |
, |
|
|
|
(6.69) |
|
где Ке |
~ 35 (Ее, кэв). В рамках комптоновского механизма |
квантам |
||||||||||
с энергией 1 кэв соответствуют |
электроны |
с Еемая |
~ |
1 Гэв, |
тогда |
|||||||
we |
— 2 эв/см3. |
|
|
|
Coma |
|
|
|
|
(Lrad |
~ |
|
~ |
Из |
светимости |
скопления |
в |
радиодиапазоне |
|||||||
1041 |
эрг/сек [80]) |
и |
соотношения |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
wH~wreLrad/Lx |
|
|
|
|
(6.70) |
|||
(wre |
~ |
0,25 эв/см3 — плотность реликтового излучения в нашу эпо |
||||||||||
ху) получаем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
дан~104а>е, |
|
|
|
|
(6.70а) |
||
что соответствует высокой степени нестационарности. |
|
|
|
|||||||||
|
Другая трудность обусловлена тем, что если выполняется |
усло |
||||||||||
вие (6.70а), то электроны должны двигаться практически |
прямоли |
|||||||||||
нейно. Тогда [см. (2.17)] электроны с энергией Ее ~ |
1 Гэв будут те |
|||||||||||
рять на пути, равном |
размерам |
скопления Coma (~1 |
Мпс), |
лишь |
малую часть своей энергии. Расстояния, на которых электроны та ких энергий будут терять половину своей энергии, порядка 25 Мпс.
214
Следовательно, в рентгеновском диапазоне должна светиться область таких размеров. Это было бы обнаружено на опыте. По этим причи нам допущение, что рентгеновское излучение скопления Coma обу словлено обратным комптон-эффектом, необходимо отвергнуть.
Рассмотрим теперь допущение, что фоновое излучение обусловле но нагретым газом*. Ранее отмечалось, что спектр оптически тонкой плазмы с фиксированной температурой не соответствует наблюде ниям фонового рентгеновского излучения. Однако распределение температур внутри скопления или среди различных скоплений не обязано быть 6-функцией. Если взять распределение по темпера турам ф (Т) в форме (6.54), то можно удовлетворить наблюдаемой форме спектра.
|
Средняя |
температура, соответствующая распределению (6.54), |
||
kT |
~ |
6 кэв, |
что согласуется с наблюденной температурой в скоп |
|
лении |
Coma (kT ~ 6,3 кэв [77]). |
|||
|
Если |
полагать, что предложенная интерпретация верна вплоть |
||
до |
Еу |
~ |
1 |
Мэв, то нужно допустить существование источников |
с |
высокими |
температурами (kT ~ тс 2 ), что представляется про |
блематичным. Более правдоподобно, что фоновое рентгеновское излучение имеет «тепловое» происхождение при Еу < 100 кэв и «комптоновское» при Ev ^ 100 кэв.
Для выяснения природы основных источников фона большое значение имеет исследование его углового распределения, нача тое в работе [21]. Изучение флуктуации углового распределения позволяет в принципе подойти к оценке числа источников, внося щих основной вклад в фоновое излучение. Поясним идею этого под хода на основе предположения о сильной эволюции источников. Для простоты можно считать, что источники возникли при неко тором z — zt [см. формулу (6.23)]**. Это означает, что зарегистри рованный поток фонового излучения пропорционален углу Q, вы деленному прибором.
Пусть Nt — полное число источников рентгеновского фона; тогда число источников, обусловливающих поток излучения через прибор, равно Nt Q. Если флуктуации фона имеют статистичес кую природу, то характеризующее их среднеквадратическое от
клонение порядка |
(NtQ)42. |
Поэтому относительные флуктуации |
фона пропорциональны (Л^О)-'/2 . В наблюдениях [21] Q ~ 0,1, а |
||
верхний предел флуктуации AI/I ~ 0,03. Следовательно, (•/V< Q)- I ^2 ~ |
||
~ 0,03 и Nt > 10*. |
Подобная |
оценка пока не может привести к оп |
ределенным выводам, поскольку оценочное число квазаров превы шает на 1—2, а число скоплений — на 2—3 порядка указанную величину. Однако дальнейшее увеличение точности измерения флуктуации может быть полезным для решения вопроса об источ никах фона.
*О возможном механизме нагрева см. работу [81].
**Такое допущение делает весь подход более прозрачным. Если вклад вносят значительные интервалы г, то нужно использовать точные соотноше ния фридмановской космологии.
215
В.О ФОНОВЫХ ИЗЛУЧЕНИЯХ В ДИАПАЗОНЕ 1—6 Мэв
Взаключение коснемся вопроса о возможном уплощении в
спектре |
фоновых |
излучений |
при Еу > 1 Мэв. |
Мы |
уже |
отмечали |
||||||||||||
(см. § 6.1), |
что существование этого уплощения весьма сомнительно. |
|||||||||||||||||
Если оно все же имеет место, не лишена интереса |
(по крайней |
мере |
||||||||||||||||
методического) |
следующая |
интерпретация. Предположим, что у- |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
кванты больших |
энергий |
воз |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
никают при распаде я°-мезо- |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
нов: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
+ |
N |
|
N + |
N |
пл; |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
->• 2у. |
|
|
(6.71) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Тогда, |
как |
|
уже |
отмечалось |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
(§3.1), |
при |
любом |
спектре |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
космических |
лучей |
в |
спектре |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
у-квантов возникает харак |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
терный |
максимум |
|
при Еу |
= |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
= тяс2/2 |
= |
70 |
Мэв. |
Однако |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
если |
излучение |
возникает |
в |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Метагалактике, |
этот |
макси |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
мум |
приходится |
на |
энергии |
|||||||
|
|
|
2 |
|
4 . |
|
тпс2 |
/(1 |
+ |
г э ф ф ) , |
где |
г в ф ф |
— |
|||||
|
|
|
|
|
1дЕ?(кэб) |
|
красное |
смещение |
г, |
дающее |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Рис. 50. |
Спектры |
фотонов |
от |
распада |
основной вклад |
|
в |
поток |
у- |
|||||||||
Я°-мезонов, |
образующихся |
на |
разных |
квантов. |
Возможность |
|
су |
|||||||||||
стадиях |
расширения Вселенной. |
ществования |
подобного |
мак |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
симума |
анализировалась |
в |
||||||||
работах |
[48, |
821 |
до |
появления |
данных |
о |
фоновых |
излуче |
||||||||||
ниях при Еу |
~ |
1 Мэв. |
Если аппроксимировать |
спектр |
вторичных |
|||||||||||||
у-квантов в точке их образования |
функцией (3.25), то в точке |
на |
||||||||||||||||
блюдения |
спектр фотонов имеет следующую |
форму: |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
Py{Ey)^Eyy^>dzlUzx) |
\ |
f,{z2)dz2 |
X |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
X ехр |
|
0,2 |
|
|
|
|
|
|
|
(6.72) |
|||
|
|
|
|
|
0 , 0 1 + E „ ( l + z , ) |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где fu f2 — некоторые степенные функции от 1 -4- z.
Вынося предэкспоненциальный множитель при z = гг ФФ и дифференцируя, получаем, что спектр имеет максимум при"
Еу^тяс2/2(1+гафф). |
(6.73) |
На рис. 50 приведены спектры у-квантов, вычисленные при различ ных допущениях о г э ф ф и спектре космических лучей [82].
216
§ 6.5.
ФОНОВЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ И МЕТАГАЛАКТИЧЕСКИЕ ЭЛЕКТРОНЫ
Анализ фоновых излучений позволяет подойти к вопросу о про исхождении космических электронов. Сразу же после открытия ре ликтового излучения в ряде работ [83—85] было отмечено, что на блюдаемые вблизи Земли электроны не могут иметь метагалактическое происхождение. В самом деле, эффективное взаимодействие ультрарелятивистских электронов с реликтовым излучением по средством обратного комптон-эффекта приводит к торможению электронов за время
где Ее |
—- в Гэв. Если Ее ^ |
1 Гэв, то te < 1/#0. |
Из |
экспериментальных |
данных об интенсивности фонового из |
лучения в рентгеновском диапазоне можно получить верхний пре дел интенсивности электронов в Метагалактике [85]. Верхний пре дел интенсивности электронов оценивается из допущения, что фо новое излучение в рентгеновской области обусловливается комп- тон-эффектом на реликтовом излучении. Первые оценки [85], пре небрегавшие расширением Метагалактики, привели к заключению, что плотность энергии космических релятивистских электронов в Метагалактике we <Z Ю - 5 эв/см3, что примерно на три порядка
меньше плотности электронов в |
нашей |
Галактике. |
Сделаем оценку плотности |
энергии |
метагалактических элек |
тронов в фридмановской модели |
Вселенной (см. также работу [86]). |
Предположим, что мощность инжекции релятивистских электро
нов |
в |
межгалактическое |
пространство определяется |
выражением |
|
|
|
/ e = / e 0 ( l + z ) ! |
эвI (см,3-сек), |
(6.75) |
|
где |
6е |
— показатель эволюции источников электронов. |
|||
|
Вычисление отношения плотностей энергии метагалактических |
||||
электронов и рентгеновских фотонов |
сильно упрощается |
следующи |
|||
ми |
предположениями: |
|
|
|
|
|
1) почти вся энергия |
электронов |
переходит к фотонам рентге |
новского фона за времена, много меньшие времени расширения Все ленной 1/Я0 ;
2) форма энергетического спектра фотонов фонового излучения в данном случае не зависит от параметра красного смещения z и определяется только видом спектра инжектируемых электронов [поскольку £у<<8,.;> = const (z)]. Поэтому выражение для плот ности энергии фотонов можно записать в виде (см. § 6.2):
(6.76)
о
8 Зак. 327 |
217 |