Теоретическая физика и астрофизика - Гинзбург В.Л.
Скачать (прямая ссылка):
т г rK. л, гало W7K. л, диск , n4fl . n4, , ллч
"к. л ~ -f-~ T-~104u-IO41 эрг/с. (16.20)
к. л, гало к. л. диск
Сверхновые звезды способны обеспечить инжекцию космических лучей с такой мощностью.
Выбор между различными галактическими моделями — проблема, дискутирующаяся уже долгие годы. Основное затруднение здесь было связано с неопределенностью в вопросе о существовании радиогало Галактики. Но после того как эта проблема, наконец, решена положительно, а также в силу ряда других причин (имеем в виду в первую очередь результаты измерений возраста космических лучей по данным о количестве имеющихся в их составе радиоактивных ядер 10Be; см. [219, 220] и ниже) не приходится сомневаться в справедливости галактических моделей с гало космических лучей (такое гало может по своим размерам превосходить радиогало—область со значительной радиояркостыо). Что касается роли различных источников космических лучей, то прогресс в этом отношении возможен на различных путях в силу разных соображений. Отметим в качестве примера, что галактическое ядро не может служить источником электронной компоненты космических лучей в области высоких энергий E 1 — 10 Гэв. Дело в том, что на пути от центра Галактики до Солнечной системы электроны с высокой энергией потеряют большую ее часть в результате синхротронных и комптоновских потерь (см. выше гл. 4).
Сделанными замечаниями о происхождении космических лучей здесь и ограничимся, поскольку нашей основной целью является освещение ряда физических процессов и механизмов, представляющих интерес в астрофизике высоких энергий. Ана-
*) В большинстве сверхновых находится, вероятно, вращающаяся намагниченная нейтронная звезда — пульсар [30, 31]. Частицы могут ускоряться, при самом взрыве сверхновой, в оболочке сверхновой звезды и вблизи пульсара. Таким образом, ускорение частиц пульсарами—-одна из трех возможностей, причем ее удельный вес недостаточно выяснен.
405 лизу и обсуждению подлежат следующие процессы и механизмы.
Процессы и механизмы ускорения протонно-ядерпой її электронной компонент космических лучей в различных космических условиях и в разных областях (взрыв звезды, турбулентная плазма в оболочках сверхновых, ускорение в межзвездном пространстве, ускорение вблизи пульсаров, ускорение в солнечных вспышках и др.).
Механизмы потерь энергии быстрыми частицами разных типов. Трансформация ядер при соударениях.
Механизмы диффузии и изотропизации космических лучей в частности с учетом плазменных явлений.
Процессы и механизмы генерации (рождения) космическими и субкосмическими лучами фотонов различной энергии и их применение к радиоастрономии, оптической, рентгеновской и гамма-астрономии. Сюда же относится вопрос о поглощении и рассеянии фотонов всех диапазонов.
Кроме того стоит, очевидно, задача построения количественной теории происхождения космических лучей в Галактике с учетом потерь, диффузии, трансформации химического состава и т. п. Для этого, конечно, нужно задаться более определенной .моделью (конкретизировать область, заполненную космическими лучами, распределение источников, параметры межзвездной среды и т. п.). Состояние проблемы таково, что неизбежен «метод проб и ошибок» — нужно рассчитывать различные модели и выбирать лучшую из них путем сопоставления с данными наблюдений (см. [59, 69, 220, 226, 227]).
Совершенно очевидно, что вся соответствующая проблематика крайне обширна. В отношении синхротронного излучения мы ее уже касались (см. гл. 5 и 10). Выше были затронуты и некоторые другие процессы, представляющие интерес в астрофизике, но большая часть перечисленных вопросов и задач освещена еще не была. К сожалению, сделать это сколько-нибудь подробно и полно в рамках настоящей книги вообще невозможно. Ниже (в данной главе и гл. 17 и 18) мы ограничимся обсуждением энергетических потерь, изложением общей схемы рассмотрения диффузии космических лучей с учетом трансформации их химического состава и (в случае электронной компоненты) с учетом потерь; затем будут рассмотрены механизмы генерации рентгеновских и гамма-лучей и будет сделан ряд замечаний по смежным вопросам. Механизмов ускорения частиц в космических условиях мы касаться не будем (см. [59, 69, 159, 218, 220]).
При прохождении заряженных частиц через вещество происходит несколько процессов, объединяемых обычно термином «ионизационные потери энергии». Если считать движение частицы заданным (конкретно равномерным и прямолинейным) и не рассматривать изменения массы и заряда частицы за счег
406 ядерных превращений и захвата или «обдирки» орбитальных электронов (здесь имеется в виду движение атомного ядра), то вклад в ионизационные потери вносят ионизация атомов среды, их возбуждение и черенковское излучение.
Правда, четкое разделение (воздействия движущейся частицы на среду) на процессы этих трех типов не всегда возможно, особенно в плотной среде. Кроме того в случае плазмы нужно говорить о передаче энергии электронам и ионам плазмы, а не об ионизации и возбуждении, происходящих в газе из нейтральных атомов или молекул. Для достаточно медленных частиц играет роль перезарядка. При наличии пучка частиц, а не отдельных частиц могут проявляться коллективные эффекты — неустойчивость пучка и т. д. К проблеме ионизационных потерь примыкают вопросы об образовании б-электронов (электронов отдачи) в среде и о многократном рассеянии при прохождении частицей данного слоя вещества. Иногда нужно учитывать флуктуации ионизационных потерь и разброс в длинах пробега.
