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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 17.10.2024

Просмотров: 73

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

или

(2j соответствует началу действия источников).

Вместе с тем плотность энергии метагалактических электронов

в нашу эпоху

(при z = 0) связана с мощностью инжекции

простым

соотношением

 

 

 

we — le0te;

(6.78)

te — характерное время торможения электрона за счет обратного комптон-эффекта на реликтовом излучении (6.74).

Следовательно, плотность энергии фотонов фонового излучения wy и плотность метагалактических электронов we связаны соотно­ шением

^

L _ . ( 1 + г ^ - 2 ' 5 - 1

 

we

teH0

ре —2,5

v ' 7

Подставив численные значения

величин, получим

 

 

wv/we

— 60

(6.80)

( £ е ~ 1 0 Гэв).

Экспериментальное значение плотности энергии фонового излу­ чения в диапазоне 4—40 кэв равно 3 • 10~5 эв/см3 [1]. Поскольку энергии рентгеновского фотона и релятивистского электрона в обратном комптон-эффекте на реликтовом излучении связаны соотношением

£ e ~ m c 2 ] / 3 £ 7 / 4 < e r > ,

(6.81)

можно утверждать, что плотность энергии метагалактических элек­ тронов в диапазоне энергий 3—10 Гэв, соответствующем диапазону энергий фотонов 4—40 кэв, не превышает]

we^ Ю-6 эв/см3.

(6.82)

Для сравнения отметим, что плотность энергии галактических электронов в том же диапазоне энергий более чем на три порядка выше (<~2 • 10~3 эв/см3; см. § 5.1).

Если эволюция источников метагалактических электронов ве­ лика (|Зе > 2,5), то верхний предел плотности энергии метагалакти­ ческих электронов заметно понижается:

we^l0~'

Р е ~ 2 ' Д .

(6.83)

Следовательно, наблюдаемые на границе земной атмосферы элек­ троны не могут иметь метагалактическое происхождение. Это экспе­ риментально свидетельствует в пользу галактического происхож-

218

дения космических

лучей (эта

теория подробно развивается

в монографии [87]), если только

релятивистские

электроны

и кос­

мические лучи имеют общее происхождение.

 

 

Следует отметить,

что фоновое рентгеновское

излучение

не мо­

жет быть обусловлено метагалактическими электронами вторичного

происхождения (образующимися

при

распаде я±-мезонов,

рожден­

ных в

столкновениях

нуклонной

компоненты космических

лучей

•с межгалактическим

газом).

 

 

 

 

эв пере­

Действительно, вся

энергия электронов с энергией ~10 9

ходит

в

рентгеновское

излучение,

плотность энергии

которого

составляет

3 • Ю - 5 эв/см3

[1]. Однако при

распадах я±

->р,± ->•

-+е±

и я 0

->-2ув электронную и фотонную

компоненты переходит

примерно одинаковая энергия (в соответствии с изотопической ин­

вариантностью Nn±

= 2Nno, см. §3.1). Поэтому плотность энергии

в рентгеновском и у-диапазонах должна быть примерно

одинакова.

В

действительности, плотность энергии в диапазоне у-излучения

<

10~6

эв/см3 (см., например, работу [88]), т. е. они отличаются поч­

ти

на

два порядка.

 

 

 

 

 

§ 6.6.

 

 

УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ФОНОВОЕ

ИЗЛУЧЕНИЕ

 

 

 

И МЕЖГАЛАКТИЧЕСКИЙ ГАЗ

 

Фоновое излучение в ультрафиолетовой области 5 ^ £ ' v ^ 2 0 эв

занимает особое место.

 

 

Во-первых, эта

область является промежуточной между радио-

и рентгеновским диапазонами. В свете сказанного в § 6.4 эта про­ межуточная область важна для выбора между различными гипоте­ зами о происхождении фонового излучения в смежных диапазонах.

Во-вторых, ультрафиолетовое излучение поглощается меж­ звездным и межгалактическим газом, и поэтому оно должно вызы­ вать вторичные эффекты и прежде всего ионизовать межгалакти­ ческий газ [89].

К сожалению, экспериментальные данные об ультрафиолетовом фоне дают пока лишь верхнюю границу. Крайне необходимо уточ­ нить данные в этой области.

Отметим прежде всего, что если справедливы синхротронная или комптон-синхротронная гипотезы, то в Метагалактике обяза­ тельно будет сильное ультрафиолетовое излучение [90]. Подчерк­ нем, что здесь идеть речь не об экстраполяции энергетического спек­ тра фоновых излучений в ультрафиолетовую область. Идея после­ дующего рассуждения иная; релятивистские электроны, обуслов­ ливающие рентгеновское фоновое излучение в этом процессе, теря­ ют часть энергии. Поэтому неизбежно, что вследствие уменьшения энергии релятивистских электронов они пройдут область, в кото-

8*

219

рой электроны будут излучать в ультрафиолетовом диапазоне*. Оценим поток метагалактического ультрафиолетового фонового

излучения в рамках

диффузной

модели

[90]. Здесь имеется крити-

ческая энергия

г-,

ЗЯп (тс2 )

 

,

ч

г ,„

такая, что если

£ е

к р и т = 4 с с т

^

^

О +

г) ~5/2,

Ее > ^ е к р и т , то

в

основном

энергия

электрона

расходуется на

образование фонового излучения в процессе обратного комптон-

эффекта; если же Ее

<с E e K v

m , то энергия растрачивается при рас­

ширении

Вселенной

(см. работы [49, 90]).

 

Для

нашей

эпохи (г =

0) оказывается, что Ее к р и т — 108

эв;

это соответствует появлению

фонового излучения с энергией Еу

~

~ 10 эв. При увеличении г этот порог еще более снижается. Таким

образом,

если

в межгалактическом пространстве эффективно об­

разуется

рентгеновское излучение, то весьма эффективно возникает

и ультрафиолетовое

излучение**.

 

При оценке интенсивности ультрафиолетового излучения воз­

можны два случая. Первый

соответствует допущению, что из ис­

точников выходят релятивистские электроны со степенным спектром,

у которого

энергия

обрезания

 

(снизу)

EeL

<с £ е к

р п т ; второй —

обратному

соотношению

Ееь >

£ е К р и т -

В первом

случае

ультра­

фиолетовое излучение имеет спектр, являющийся

экстраполяцией

спектра

рентгеновского

 

диапазона.

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим более подробно второй случай. Изолированный

электрон с начальной энергией Ее0

на своем пути в процессе обрат­

ного комптон-эффекта образует

фотоны

со

спектром:

 

Ф ( £ е 0 ,

Еу)

= ^ - ( — )

1

/ 2 Е - 3 ^

и

4

.ь

г0

/

Е е 0 \ 2

-

E v

(6.84)

 

 

 

 

—

I

 

 

I —г-

I

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

го

I — ; I

 

j

 

Пусть спектр электронов в

пространстве имеет

(6.75).

форму

Используя (6.80) и (6.12), получаем,

что поток

ультрафиолетовых

квантов

равен

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dPuv{Ey)

 

= dEvKe(

—

 

 

)i/2X

 

 

 

 

Х 1

~ ( 1 +

г ' )

~ 4

'

Е-1-5

 

 

Г

 

 

E7^dEe.

 

(6.85)

 

 

 

 

4,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т с * у з Е у / 4 е п

 

 

 

Учитывая,

что

уу

= (уе +

1)/2 =

1,7

 

1,8,

получаем

уе =

= 2,4 4- 2,5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

* Н у ж н о отметить некоторое различие между локальным и диффузным вариантами. В рамках последнего можно сравнительно уверенно просле­ дить судьбу ультрафиолетового излучения (см. ниже); если же фоновые из­ лучения возникают внутри источников, то доля выходящего наружу излу­ чения зависит от модели источников. Имеющиеся экспериментальные данные свидетельствуют, что поток ультрафиолетового излучения от компактных внегалактических источников (например, квазаров) очень велик [91].

** Расчеты [90] показывают, что порог Еу <С Юзе достигается при г ^ ^ 0,3. При г — 0 порог Ev = 15 эв.

220

Константу Ке можно определить из экспериментальных данных по интенсивности рентгеновского излучения (см. § 6.1). В резуль­ тате получаем, что плотность энергии ультрафиолетового излуче­ ния в нашу эпоху равняется:

 

эв

•

5

108

10"

">uv>

за

/см3

3

ю - 6

4 - Ю - 6

 

 

 

 

 

Подобные значения плотности энергии ультрафиолетового излу­ чения соответствуют потоку Puv ~ 104 фотон)(см2 • сек).

Рассмотрим стационарную ионизацию межгалактического газа, вызванную потоком ультрафиолетового излучения [89]:

 

 

 

dnuJdt

= dnu/dt,

 

(6.86)

где

n U B , пи — концентрация

нейтральных и

ионизованных ато­

мов

соответственно.

 

 

 

 

 

Скорость ионизации

равна

 

 

 

dnu]

=

4лпин

[ dPuv (Ey,z) оун

(Еу),

(6.87)

 

dt

 

 

 

 

 

 

Et =

13,6 эв — ионизационный потенциал атома водорода. Исполь­

зуем для сечения aV H фотоионизации выражение (2.169).

 

Степень ионизации пи-а /пи

зависит от коэффициента

рекомбина­

ции

O C J , который, в свою очередь, определяется температурой Т меж­

галактического газа. Сколько-нибудь надежные оценки значений Т

отсутствуют (см. §

1.4

); однако

зависимость at

(Т)

относительно

слабая.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мы приведем оценки величины nuJnu

для двух

значений темпе­

ратур: 7\ = 105 о К и Тг = 103 о К. В первом

случае а{1

~

Ю - 1 8 см3/сек,

во втором аг -2 ~

5 • 10- 1 3

см3/сек.

 

 

 

 

 

Если nuJnu<^

1 (что, как мы увидим далее, оправдывается), то

 

 

 

а ; П (2 = 0)

Г Л 2 , 5

 

 

 

Л —

 

 

 

 

2 ,5

 

 

 

 

 

 

 

С О " " — С О

 

 

(6.88)

ин

 

 

 

 

 

 

 

 

пи

 

 

4л

\dPuv(E^

 

0)aya(Ev)

 

 

 

со =

1/(1 +

г);

щ =

1/(1 +

zt).

 

 

Если сог <^С 1, то tiuJriu

ос с о - 2 ' 5 , при Т — Тг

 

 

 

 

 

nuJnu

(z = 0) ~

2 • Ю-4 р / Р к р н т .

 

(6.89)

221

Смотрите также файлы