Теоретическая физика и астрофизика - Гинзбург В.Л.
Скачать (прямая ссылка):
OO OO
Яу. о = 0-М> Ey) = ^ ^ о(Еу, Е) Jii. Лго(Е) dE dEy приведено на
479 рис. 18.1, взятом из [252а]. Ниже мы будем пользоваться значением oJo(Ey> 100 МэВ)= 10~26 с-'-ср-1 (см., впрочем, ниже и другие значения) и, следовательно,
Fy (Ey > 100 МэВ) = 10"26jVyiМ =
_ 5 • ICT3M (wK. „/wo) фотон /1044 R2 см2•с ' ' ' '
где wK. л — плотность энергии космических лучей в источнике в предположении, что форма их спектра там такая же, как у Земли (поэтому Wk. л/Wq = /к. л//к. л, О, ГДЄ Wk. л, 0 = W0 ~ Ю-12 эрг/см3 — плотность энергии космических лучей у Зем-
__ли; см. (16.9)). В пределах
(ffJ0\c<ср-' сделанного приближения для
источников типа Галактики, где доминирует неионизиро-ванный атомарный водород, M г» 1,2 Мни где Mm — масса нейтрального водорода; точность расчетов при этом может быть повышена, так как из данных о линии водорода (Я = = 21 см) получается сразу отношение MhiIR2. В дальнейшем мы не будем стремиться к подобным уточнениям, которые сейчас еще не актуальны.
Заметим, наконец, что спектр гамма-лучей ядерного происхождения, о которых идет речь, по понятным причинам сосредоточен в основном в области энергий Ey >, 50—100 МэВ (красное смещение здесь, разумеется, не учитывается, и мы поэтому имеем в виду не слишком удаленные источники). Сказанное видно из рис. 18.1 и более конкретно из следующего примера [252в]: для гамма-лучей от распада я0-мезонов отношение
Fy (Ey > 50 МэВ) —- Fv (Ey > 100 МэВ) ё Fy (Ey > 100 МэВ) ' '
1000 Ey. МэВ
Рис. 18.1. Усредненное по спектру галактических космических лучей значение величины cr/,(> Ey) в .зависимости от энергии генерируемых гам-ма-лучей.
Вместе с тем для релятивистских электронов со спектром Je(E)== KeE-2>6, использованным в [252в], в случае тормозных гамма-лучей g = 2,03, а для гамма-лучей синхротронного происхождения или испускаемых при обратном комптоновском рассеянии % = 0,74. Таким образом, спектральные измерения потока гамма-лучей позволяют в принципе установить их «ядер-
480 ную» природу. Если это сделано, то из измерений потока Fy (Еу >¦ 100 МэВ) или соответствующей интенсивности Jy мы сразу же получаем отношение шк. л/®о в источнике, т. е. основной недостающий сейчас параметр. При этом, конечно, делается предположение о подобии спектров космических лучей в источнике и у Земли. Но для такого предположения имеются известные основания и кроме того в реальных условиях оно, по-видимому, может привести лишь к появлению численного коэффициента порядка единицы. Во всяком случае, даже определение указанным способом плотности энергии, или полной энергии Wk. л = Wk. IiV космических ЛуЧЄЙ В ИСТОЧНИКЭХ ЯВИЛОСЬ бы принципиальным шагом вперед.
Сказанное можно конкретизировать на примере Магеллановых Облаков [2526].
Рассмотрение Магеллановых Облаков интересно, конечно, и само по себе. Однако этот пример еще более важен в связи с попытками ответить на вопрос: как наиболее убедительно выяснить судьбу метагалактических моделей происхождения космических лучей? Для этого, как ясно из сказанного в гл. 16, достаточно определить ПЛОТНОСТЬ энергии космических лучей WtAT в окружающей Галактику области. Если окажется, что ®мг < wK. л, ~ IO-12 эрг/см2, то метагалактические модели отпадут. Одним из лучших из известных нам путей решения этой проблемы как раз и представляется измерение потока гамма-лучей от Магеллановых Облаков. Для этих Облаков (Большого Облака — БМО и Малого Облака — ММО) расстояния до Солнца и масса нейтрального водорода соответственно равны
R (БМО) = 55 кпк, R (MMO) = 63 кпк, Mui (БМО) = 1,1 • IO42 г, Ліні (MMO) = 0,8 • IO42 г.
Поэтому, согласно (18.4), При Wк. л — Wq
Fy, бмо (Еу > 100 МэВ) ~ 2 • Ю-7 фотонДсм2 • с), |
Fy, ммо (Еу > 100 МэВ) « 1 • 10~7 фотонДсм2 • с), j (18'5)
Как уже упоминалось, эти потоки можно вычислить и точнее. Здесь важно другое — потоки (18.5) непосредственно получаются в любых известных метагалактических моделях, ибо в этих моделях роль собственных источников космических лучей в Магеллановых Облаках, как и в Галактике, невелика, и поэтому WMr ~ Wк. л, Г ~ W бмо ~ WtAtAO- Напротив, нет никаких оснований ожидать соблюдения такого равенства в галактических моделях. Даже при одинаковой активности источников космических лучей весьма вероятно, что wK. л, г > швмо > ®ммо в силу меньших размеров Облаков и соответственно более быстрого выхода из них космических лучей.
481 Итак, для убедительного опровержения метагалактических моделей происхождения космических лучей *) достаточно было бы установить, например, что от обоих Облаков, вместе взятых, Fy, мо (Ev > 100 МэВ)<3-10-7 фотон/(см2-с) или Fv, ммо <С 4C 1AFy, Бмо- При уточнении расчетов знак много меньше можно в принципе заменить знаком меньше. Существенно при этом, что любой вклад в поток гамма-лучей, связанный с релятивистскими электронами, приведет только к увеличению потоков Fу и, следовательно, никак не повлияет на указанную интерпретацию, скажем, результата Fy, мо (Еу> 100 МэВ) 3-Ю-7 фо-тон/(см2-с). Назовем такой результат отрицательным и заметим, что имеется, как часто бывает, известная асимметрия при интерпретации положительных и отрицательных результатов эксперимента. Так, если бы измерения потока гамма-лучей от Магеллановых Облаков свидетельствовали о наличии заметного потока Fy, мо :>, 3-IO-7 фотон/(см2-с), (такой результат мы условно называем положительным), то это еще не доказывало бы справедливости метагалактических моделей, ибо такой поток мог бы в принципе генерироваться и космическими лучами (в том числе релятивистскими электронами), ускоренными в самих Облаках [2526].
