Теоретическая физика и астрофизика - Гинзбург В.Л.
Скачать (прямая ссылка):
Внегалактические рентгеновские дискретные источники — это галактики (в частности, радиогалактики), квазары и скопления галактик. Рентгеновская светимость нормальной галактики (в том числе нашей Галактики) не превосходит IO39—IO40 эрг/с. Поэтому поток от такой галактики, находящейся на расстоянии /? — IO7 пк (расстояние до радиогалактики Дева A = NGC 4486^= = Af 87), составил бы Фх ~ Ю-12—Ю-13 эрг/(см2-с) (см. (17.91)). Между тем радиогалактика M 87 излучает значительно более мощное рентгеновское излучение, так что для нее Lx ~ ~ IO43—IO44 эрг/с. Как в этом случае, так и в случае других мощных рентгеновских источников — галактик, квазаров и скоплений галактик — излучение явно не сводится к совокупности излучения «рентгеновских звезд» и рентгеновскими источниками являются релятивистские электроны (синхротронный и компто-новский механизмы) или горячая плазма (тормозной механизм), заполняющие галактику, скопление галактик или «корону» квазара.
Особенно «просто» в принципе дело обстоит в случае горячей плазмы в протяженном источнике типа скопления галактик. Например, при температуре T ~ 6-IO6 К плазма объемом V ~ 3 ¦ 1073 см3 будет иметь светимость Lx ~ IO44 эрг/с при N ~ 10~3 см-3, чему отвечает масса Л1 — 2- Ю-24 NV ~ IO13 Af0; такая масса для скопления галактик еще допустима. Но уже этот пример показывает, что объяснить гигантские светимости мощных рентгеновских внегалактических источников не всегда легко или, лравильнее сказать, такое объяснение сопряжено с далеко идущими предположениями, которые должны контролироваться (и в принципе вполне могут контролироваться) целым рядом способов.
Отсюда видна вместе с тем иключительная потенциальная ценность рентгеновской астрономии для изучения горячей плазмы в космосе. Относится это, в частности, к Солнцу. Бли-
16*
475 зость источника позволяет в данном случае изучать детали, конечно, совершенно недоступные в отношении других звезд. В настоящее время рентгеновская астрономия Солнца уже весьма развита и соответствующие наблюдения широко используются, например, в теории солнечных вспышек [249].
Помимо дискретных источников, наблюдается рентгеновский фон, т. е. излучение, приходящее со всех направлений и не имеющее на небесной сфере сколько-нибудь выраженной «зернистой» структуры. Не исключено, что такой фон тем не менее связан (частично или даже полностью) с совокупностью неразрешаемых аппаратурой дискретных источников. Вместе с тем вполне возможно и даже вероятно существование какого-то (истинного) рентгеновского фона, образующегося в межзвездном и особенно в межгалактическом пространстве. Фон возникает в результате тормозного излучения горячего межгалактического газа и (или) комптоновского рассеяния релятивистских электронов на реликтовом тепловом излучении (в межгалактическом пространстве), а в Галактике, кроме того, на излучении другой природы (имеется в виду, в частности, комптоновское рассеяние на инфракрасных и оптических фотонах).
Удельный вес дискретных источников в составе фона еще сколько-нибудь полно не выяснен. Но все же многое уже ясно (см. [247], с. 1). Так, при энергии Ex > 2 кэВ заведомо можно утверждать, что основная составляющая фона — внегалактическая (при Ex < 1 кэВ галактическая составляющая уже значительна). Далее, внегалактический фон в существенной своей части образуется в удаленных областях с г > 1. Наконец, утверждается, что в интервале Ex = 1—3 кэВ известные дискретные источники (квазары и др.) вносят 37 ± 16% от всего фона. Выделение диффузной части фона — весьма актуальная задача, поскольку количество газа в метагалактическом пространстве еще неизвестно, а этот газ является одним из источников диффузного фона. Данные о спектре фона приведены в [250], а также в [247].
Рентгеновская астрономия, т. е. изучение космического рентгеновского излучения и сопоставление соответствующих данных с теорией и всей остальной астрономической информацией, открывает исключительно широкие и важные для астрономии в целом возможности исследования горячей космической плазмы и релятивистских космических электронов. Значение этого астрономического метода трудно переоценить. Глава 18
гамма-астрономия (некоторые процессы)
Гамма-излучение, генерируемое протонно-ядерной компонентой космических лучей. Пример Магеллановых Облаков и межзвездной среды. Поглощение рентгеновских и гамма-лучей
Два важных механизма гамма-излучения, а именно тормозной и комптоновский, уже были рассмотрены в гл. 17. То же относится к синхротронному механизму, который в области гамма-лучей представляет меньший интерес, поскольку может практически оказаться существенным только в областях с очень сильным полем (например, вблизи пульсаров). Что же касается тормозного излучения релятивистских электронов и особенно их комптоновского рассеяния, то их вклад может быть заметен или даже играть определяющую роль во всем гамма-диапазоне. Например, при рассеянии на оптических фотонах (бф ~ 1 эВ) классическая область (17.66) простирается вплоть до энергий электронов —' 5- IOi0 эВ, а образующиеся при этом фотоны имеют энергию Ey — Єф{ЕІшс2)2 << IO10 эВ (см. (17.69)). В области же еще больших энергий электронов, особенно в квантовой области (17.71), энергия комптоновских фотонов Ey — Е. Вместе с тем при очень высоких энергиях «условия существования» для электронов в силу больших потерь менее благоприятны, чем для протонов и ядер. Кроме того, электроны в космосе ускоряются менее эффективно, чем протоны, и во всяком случае в Галактике интенсивность электронной компоненты (по крайней мере в районе Солнечной системы) на два порядка меньше, чем протонной (см. гл. 16). Поэтому можно думать, что с ростом энергии космическое гамма-излучение порождается в основном протонно-ядерной компонентой космических лучей.
