Теоретическая физика и астрофизика - Гинзбург В.Л.
Скачать (прямая ссылка):
400 а иногда играют большую энергетическую и динамическую роль — это относится в первую очередь к разреженным областям галактик (гало в нормальных галактиках, радиоизлучаю-щие области, облака и выбросы в радиогалактиках). В отношении нашей Галактики радиоастрономические наблюдения указывают на существование радиодиска, центральной радиообласти и радиогало (рис. 16.2).
Впрочем, такое разделение довольно условно. Источники космических лучей (сверхновые звезды и в какой-то мере, возможно, некоторые другие звезды) концентрируются к галактической плоскости. Здесь же сильнее галактические магнитные
Рис. 16.2. Схематическое изображение радиоструктуры Галактики.
поля. Поэтому, естественно, радиояркость больше вблизи галактической плоскости (в диске) и постепенно убывает с ростом Z — расстояния от галактической плоскости. Естественно также некоторое изменение яркости в области галактического центра, хотя выделение особой центральной радиообласти совсем не обязательно. Если газ в Галактике сконцентрирован в слое толщиной 2Лг ~ 200 пк да 6-Ю20 см, то область интенсивного радиоизлучения заведомо значительно толще. Последнее физически вполне понятно, поскольку газ удерживается вблизи галактической плоскости силами тяготения, космические же лучи (в частности, релятивистские электроны) силами тяготения практически не удерживаются и уходят из области газового диска, блуждая в межзвездных магнитных полях. Поскольку мы находимся внутри системы (Галактики) выяснение зависимости радиояркости (или излучательной способности) от координат, в частности от 2, оказалось очень трудной задачей. Если считать, что излучательная способность (речь идет, очевидно, о син-хротронном излучении) от Z не зависит, то из радиоастрономических данных следует, что источники излучения заполняют некоторый диск (радиодиск) с толщиной около 2hp да 1500 пк да да 5-Ю21 см. Важно, что толщина этого радиодиска примерно на порядок больше толщины газового диска 2hr. Фактически, однако, излучательная способность с ростом z уменьшается в
Центральная радиоо5ласть
-3;__Газовый
/Г J диск
/I т
S-W20CM
401 силу уменьшения интенсивности релятивистских электронов с данной энергией и ослабления магнитного поля. Поэтому, по всей вероятности, не существует никаких сколько-нибудь резких границ между радиодиском и радиогало (см. рис. 16.2). Другими словами, понятие о радиодиске вообще вряд ли отвечает физической картине, а введено лишь в связи с указанным выше способом расчета. Сказанное подтверждается полученными за последние несколько лет радиоданными, касающимися других нормальных галактик, видных «с ребра»; о том же свидетельствует и современный анализ радиоданных для Галактики (см. [69, 2196, 220в] и указанную там литературу).
В результате сейчас (в итоге усилий, занявших почти три десятилетия) нет сомнений в существовании радиогало у Галактики и других нормальных галактик. Другое дело, что это радиогало может быть слабее или сильнее для разных галактик. Недостаточно надежно установлены и параметры радиогало для Галактики, но в общем можно считать, что размеры гало (по 2)ЛГало -— — 10 кпк я» 3-Ю22 см; радиоизлучательная способность в радиогало в среднем лишь в несколько раз меньше, чем в диске. Помимо радиогало, на «радиокарте» Галактики видны оболочки сверхновых звезд и различные «неоднородности» — те или иные изменения интенсивности (в частности, связанные со спиральной структурой). Тем самым совершенно ясно, что по крайней мере электронная компонента космических лучей заполняет огромные области Галактики, а околосолнечная область в этом отношении ничем качественно не выделена.
«Ахиллесовой пятой» астрофизики космических лучей с самого начала ее зарождения была и в известной мере остается до сих пор некоторая неопределенность (или, если угодно, неоднозначность),'связанная с использованием сведений об электронной компоненте для суждения о протонно-ядерной компоненте космических лучей. Соответствующий переход осуществляется, как мы видели в гл. 5, путем определенного предположения о значении коэффициентов хн и ке:
Wu- Wrr „
«л = = (16.16)
к. л е
где Wh = H2/8л — плотность энергии магнитного поля, Wk. л — плотность энергии всех космических лучей и We— плотность энергии электронной компоненты (в гл. 5 вместо плотностей энергии рассматривались полные энергии, но это в общем эквивалентно, если речь идет о средних значениях).
Для космических лучей у Земли имеем
%е ~ 100, %н ~ (16.17)
где использованы измеренные значения wK. л ~ Ю-12 эрг/см3 и We ~ Ю-14 эрг/см3, а также учтено, что в Галактике в среднем Я ~ (2—5) • IO-6 Э,
402 В силу уже изложенных аргументов, соображений о равнораспределении энергии в квазистационарных условиях (отсюда хн ~ 1) и др., представляется вполне разумным принять оценки (16.17) для Галактики в целом (или в среднем по галактическому пространству). Так же поступают и в отношении внегалактических источников и приходят к упомянутому выводу о большой роли космических лучей во Вселенной. В гл. 5 подчеркивалась тем не менее важность создания методов измерения величин ке и хн\ об этом пойдет также речь в гл. 17 и 18. В применении к Галактике оценки (16.17), возможно, становятся неправильными лишь для центральной области, а для основных галактических дискретных источников (типа оболочек сверхновых звезд) — на некоторых стадиях их эволюции.
