Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Вейнберг С. -> "Гравитация и космология. Принципы и приложения общей теории относительности" -> 188

Гравитация и космология. Принципы и приложения общей теории относительности - Вейнберг С.

Вейнберг С. Гравитация и космология. Принципы и приложения общей теории относительности — М.: Мир, 1975. — 695 c.
Скачать (прямая ссылка): gravitaciyaikosmologiya1975.djvu
Предыдущая << 1 .. 182 183 184 185 186 187 < 188 > 189 190 191 192 193 194 .. 254 >> Следующая


Если «недостающая масса» состоит из атомов межгалактического нейтрального водорода, то при g0« 1 и Я0«75 км/(с-Мпс) плотность этого газа должна быть р0«;2.10"29 г/см3 (§ 2 гл. 15) и соответственно плотность атомов

п (Z0) = ^ « 1,2-Ю"5 см"3. (15.4.24)

Верим мы этой конкретной оценке или нет, но плотность атомов порядка IO-5 см-3 должна служить той выделенной целью, к которой следует стремиться при попытках обнаружить межгалактическую среду.

Наиболее четкой радиочастотной линией поглощения атомов водорода является сверхтонкий переход на длине волны 21 см, вызванный переворотом спинов протона и электрона в ls-состоя-нии, при этом происходит изменение полного спина от 0 к 1. Частота этой линии Vn = 1420 МГц и соответствует температуре hvn/k = 0,068 К, что почти наверняка много ниже любой «спиновой температуры», которая может быть у межгалактического водорода. Следовательно, множитель, учитывающий индуцированное излучение, в данном случае можно записать приближенно:

л / Avn \ hva 0,068 К ,л с- , 0гч

1 -exP ( --W-) ~ Ж = —• (15Л25>

Коэффициент поглощения (15.4.14) равен

J21cm = 2,73-Ю-23 см2. (15.4.26)

Остроумный метод обнаружения эффектов слабого поглощения в районе 21 см был предложен в 1959 г. Филдом [54] и применен им для поиска таких эффектов в спектре радиогалактики Лебедь А. Красное смещение этого источника z = 0,056, и согласно условию (15.4.17) в полосе частот наблюдения 1342—1420 МГц должно оказаться окно. Поскольку эта полоса достаточно узка, оптическую толщу в пределах окна можно хорошо аппроксимировать § 4. Излучение и поглощение в межгалактическом пространстве 533'

значением (15.4.19). Вместе с (15.4.25) и (15.4.26) это дает для отношения плотности к температуре величину (в единицах СГС)

4 4.10-вт см-».Град-іГ H« 1. (15.4.27)

T (to) A-VnJnC ' 1 L 75 KM/(c-Mnc)J v >

Филд [54] не обнаружил какого-либо окна и получил оценку т < 0,0075, откуда при H0 = 75 км/(с-Мпс) получается, что верхний предел «н (to)/T (to) < 3,3 -IO"7 см-3 -град-1 для отношения плотности атомов нейтрального водорода к его температуре в настоящий момент времени. Этот эксперимент с тех пор повторялся и Филдом [55] и другими [56—60], но пока никакого окна в этой полосе частот достоверно не установлено. Недавнее измерение Пензиаса и Скотта [69] дало т < 5 -IO"4, откуда при Но = 75 км/(с -Мпс) следует

<2,3-Ю-» см-з. град-і, (15.4.28)

і (to)

Представляется разумным предположить [61], что эффективная спиновая температура межгалактического водорода должна быть около 2,7 К, т. е. равна температуре фонового микроволнового излучения (§ 5 этой главы). В таком случае неравенство (15.4.28) накладывает ограничение сверху на плотность атомов межгалактического водорода

пя (t0) < 6 -IO"8 см'3, (15.4.29)

что в 200 раз меньше ожидаемого значения (15.4.24). Если межгалактическим водородом действительно восполняется недостающая масса, то неравенство (15.4.28) требует, чтобы его температура была выше 500 К.

Предпринимались попытки обнаружить «покрасневшие» абсорбционные эффекты на длине волны 21 см, в спектрах квазаров ЗС191, PKS 1116 + 12 и ЗС287, но ничего подобного не обнаружено [62].

Одна из возможностей так установить верхний предел для плотности нейтрального водорода в межгалактическом пространстве, чтобы этот предел не зависел от предположений о верхней границе спиновой температуры, состоит в том, чтобы найти «покрасневшее» 21-сантиметровое излучение, которое должен испускать водород. Поскольку в любом случае имеется микроволновый фон, фон за счет 21-сантиметрового излучения должен был бы проявиться в виде скачка в плотности фотонов на частоте V0 = Vn = = 1420 МГц. Согласно (15.4.21), этот скачок в единичном интервале частот должен быть равен (в единицах СГС)

А JT = Snvli2Ho-1C-2IaTiji (t0). (15.4.30) ¦534

Гл. 15. Космология; эталонная модель

[Здесь предполагается, что T JivJk = 0,068 К. В противном случае отсутствие окна ниже 21 см приводит к еще более низкому верхнему пределу для «н (^о), чем (15.4.28) или (15.4.29).] Результаты измерений фонового излучения обычно выражают через эквивалентную «температуру антенны» Ta, определяемую по формуле Рэлея — Джинса

JT = 8KVnfcfaZr1C-3, (15.4.31)

так что из (15.4.30) получаем

*н(<о) = ^ = 4,4.10-' см- (4?-) (75 км%,Мдс)), (15.4.32)

где ATa — скачок температуры антенны при 1420 МГц. По данным Пензиаса и Вилсона [63], ATa < 0,08 К, т. е.

пк (to) <3-10-® см"3, (15.4.33)

если H0 = 75 км/(с-Мпс). Эта верхняя граница лишь в четыре раза меньше ожидаемого значения (15.4.24), и пока нельзя полностью исключить то, что недостающая масса состоит из нейтрального атомарного водорода.

Другая четкая линия поглощения, используемая при поисках межгалактического водорода,— это линия а серии Лаймана в спектре водорода, возникающая при переходе электрона из Is-в 2р-состояние. Длина волны этой линии X = 1215 А, т. е. она лежит в ультрафиолетовой области; поэтому нормальная линия а Лаймана не может проникнуть сквозь земную атмосферу. Однако фотон с X = 1215 А при l,5<z<6 сдвигается в «окно» видимой области (3000—7000 А) к моменту достижения Земли и может быть зарегистрирован наземными астрономами. Таким образом, атомы межгалактического водорода в принципе могли бы быть обнаружены при наблюдении эффектов поглощения в спектрах квазаров с z > 1,5 на частотах испускания линии а, Лаймана.
Предыдущая << 1 .. 182 183 184 185 186 187 < 188 > 189 190 191 192 193 194 .. 254 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed