Лекция 4. Межзвездная среда. Наблюдательные проявления. Физические условия. 18. 02. 2018 Л 4
Основные компоненты • Газ – Горячая плазма (корональный газ) Т~106 K, n~0. 003 см-3 – Ионизованный водород (зоны НII), T~104 K, n~0. 1 -0. 3 см-3 – Атомарный водород (облака HI, 21 см), T~100 K, n~10 см-3 – Молекулярные облака, T~10 -30 K, n~300 см-3 – Мазерные конденсации T<100 K, n~1010 см-3 • Пыль • Магнитные поля (<B>~10 -6 Гс) • Космические лучи (E~1011 -1020 э. В) 18. 02. 2018 Л 4
Центр Галактики в видимом диапазоне скрыт слоем поглощающей материи (пыль) 18. 02. 2018 Л 4
18. 02. 2018 Л 4
Межзвездная среда проявляется по покраснению света звезд (пыль) и линиям поглощения в спектрах звезд (пыль, газ) 18. 02. 2018 Л 4
Межзвездное покраснение света связано с рассеянием и поглощением на пылинках 18. 02. 2018 Л 4
Рэлеевское рассеяние света на молекулах атмосферы ~1/λ 4 объясняет голубой свет неба и красные закаты 18. 02. 2018 Л 4
Эффекты прохождения излучения через запыленную среду 18. 02. 2018 Л 4
Кривые поглощения света МЗС В среднем в нашей Галактике Кривые поглощения разные для разных направлений и в разных галактиках! 18. 02. 2018 Л 4
18. 02. 2018 Л 4
Пылевые оболочки, подсвечиваемые молодыми звездами 18. 02. 2018 Л 4
Сложная структура местной МЗС 18. 02. 2018 Л 4
18. 02. 2018 Л 4
18. 02. 2018 Л 4
18. 02. 2018 Л 4
18. 02. 2018 Л 4
Cen A 18. 02. 2018 Л 4
Млечный Путь в разных диапазонах 18. 02. 2018 Л 4
Центр Галактики в рентгеновских лучах (диффузное излучение и точечные источники) Черная дыра в центре Галактики (иллюстрация) М~4 x 106 M 18. 02. 2018 Л 4
Спиралевидные облака над центром Галактики отражают вращение газа в магнитном поле (ИК изображение Космический телескоп Спитцер) 18. 02. 2018 Л 4
Центр Галактики Радио ИК Рентген 18. 02. 2018 Л 4
Магнитные поля • Синхротронное излучение релятивистских электронов • Поляризация света при рассеянии на упорядоченных пылинках • Фарадеевское вращение плоскости поляризации в магнитном поле 18. 02. 2018 Л 4
Синхротронное излучение ускорение 18. 02. 2018 Л 4
• СИ линейно поляризовано • Плоскость поляризации перпендикулярна проекции вектора магнитной индукции В на картинную плоскость 18. 02. 2018 Л 4
Магнитные поля галактик наблюдаются по синхротронному радио излучению 18. 02. 2018 Л 4
18. 02. 2018 Л 4
Фарадеевское вращение Угол поворота плоскости поляризации Мера вращения RM ~ ne. B║L 18. 02. 2018 Л 4
Основные особенности • Отсутствие ЛТР из-за крайне низкой плотности (только Максвелловское распределение по скоростям частиц) • Возможность наблюдать запрещенные линии • Вмороженность магнитного поля 18. 02. 2018 Л 4
Вмороженность магнитного поля Сохранение потока Закон Ома Проводимость плазмы Джоулева диссипация Время диффузии поля 18. 02. 2018 Л 4 Вмороженность поля в космических условиях из-за больших размеров областей!
Запрещенные линии • При переходах с метастабильных уровней (запрет э. дип. , м. дип. и т. д. переходов правилами отбора) • Характерное время жизни от 10 -5 с до 105 с и более (в зависимости от силы запрета) • При высоких концентрациях частиц возбуждение снимается столкновениями (эл. удары 2 рода) • Видны в разреженных средах при отсутствии ЛТР • В МЗС: [OIII] (4959, 5007 A), [OII] 3727 A. [SII], [NII]. . . • В солнечной короне: [Fe. XIV] 5302. 86 A. . . 18. 02. 2018 Л 4
Схема нижних уровней иона OIII 18. 02. 2018 Л 4
Особенно много в УФ и Х-диапазоне (пример – УФ и рентгеновский спектр солнечной короны) 18. 02. 2018 Л 4
![• Запрещенные линии в далеком ИК [CII], [OI] 63 мкм являются индикаторами звездообразования](https://present5.com/presentation/15183924_173223520/image-33.jpg "• Запрещенные линии в далеком ИК [CII], [OI] 63 мкм являются индикаторами звездообразования")
• Запрещенные линии в далеком ИК [CII], [OI] 63 мкм являются индикаторами звездообразования в запыленных областях 18. 02. 2018 Л 4
Атомарный водород (HI). Радиолиния 21 см • Ван ден Хюлст (1944), Шкловский (1949). Открыта в 1951. А 10=2. 9 х10 -15 с (t~11 млн лет!) 18. 02. 2018 Л 4
18. 02. 2018 Л 4
• По измерениям HI 21 см строят кривые вращения нашей и других галактик 18. 02. 2018 Л 4
Радиоизлучение 21 см (зеленый цвет на картинке) – отличный индикатор спиральной структуры галактик 18. 02. 2018 Л 4
Нагрев и охлаждение МЗС • Прозрачна для фотонов фотоны переносят энергию нет ЛТР! • Охлаждение Λ (n, T) эрг/(см 3 с) • Объемный нагрев Г(n, T) эрг/(см 3 с) • Сохранение энергии d. Q/dt=d. E/dt+Pd. V/dt=Г-Λ • В равновесии d/dt=0 Г(n, T)=Λ(n, T) T(n) 18. 02. 2018 Л 4
Нагрев • УФ излучение звезд (фотоионизация) (важна роль тяжелых элементов с низким потенциалом ионизации !) • Ударные волны • Жесткое излучение и космические лучи • Нагрев жестким ЭМ излучением (через прямой Комптон-эффект) • Г(n, T)=n. G(T) Нагрев пропорционален плотности! 18. 02. 2018 Л 4
Охлаждение • Излучение в бинарных процессах Λ(n, T)=n 2λ(T), λ(T) – функция охлаждения • Свободно-свободное (тормозное) излучение λ(T) ~ 1. 4 x 10 -27 T 1/2 • Рекомбинация (радиативная + диэлектронная (преобладает при Т>105 K)) • Двухфотонное излучение 2 S 1/2 1 S 1/2 (Нподобные атомы) • Излучение в линиях (осн. механизм при Т<105 K) • Ионизация эл. ударом 18. 02. 2018 Л 4
Эффект Комптона 18. 02. 2018 Л 4
Обратный Комптон-эффект (эффект отдачи) • Обратный Комптон -эффект (важен при наличии быстрых электронов) • Доминирует вблизи в горячей плазме вблизи источников мощного Хизлучения 18. 02. 2018 Л 4
Функция охлаждения тепловой плазмы (cтолкновительное возбуждение и ионизация) ~T 1/2 18. 02. 2018 Л 4
Роль ионов тяжелых элементов 18. 02. 2018 Л 4
Время охлаждения тепловой плазмы При T>106 K 18. 02. 2018 Л 4
Зоны HII • Самый распространенный вид эмиссионных туманностей вокруг горячих звезд • Ионизация водорода УФквантами λ<912 A и электронными ударами. • Н полностью ионизован при Т~10000 K, полностью нейтрален при Т<3000 K • Радиус зоны HII из условия баланса фотоиоизации и рекомбинации на уровни >1 • Кванты с λ <504 A могут ионизовать He 18. 02. 2018 Л 4
18. 02. 2018 Гигантская зона Л 4 «Тарантул» в БМО HII
18. 02. 2018 Л 4
18. 02. 2018 Л 4
18. 02. 2018 Л 4
HII в других галактиках 18. 02. 2018 Л 4
Космические лучи • 3 108 -3 1020 э. В, от Солнца (<1010 э. В) или межзвездные e, p, ядра до Z~30 • Открыты в 1912 (В. Гесс) • Наблюдаются по широким атмосферным ливням (ШАЛ) • Поток ~ 1 частица/см 2/с, но плотность энергии Ucr~1 э. В/см 3 ~ Uem~Ugas~Umag (равнораспределение!) • Спектр I(E) ~E-1. 7 [ч/см 2/с/э. В/стер] 18. 02. 2018 Л 4
18. 02. 2018 Л 4
18. 02. 2018 Л 4
солнечные внегалактические 18. 02. 2018 Л 4
Ускорение КЛ – ударными волнами (статистический механизм Ферми) Подтверждается наблюдениями Остатков сверхновых в Тэ. В диапазоне 18. 02. 2018 Л 4
Взаимодействие КЛ с веществом • Сильное взаимодействие: с отдельными нуклонами ядер ( вторичные нуклоны, пионы), пока E>1 Гэ. В/ч. (порог рождения пионов) • Распады основной вклад в гамма-излучение Галактики >100 Мэ. В • Отслеживает распределение молекулярного газа 18. 02. 2018 Л 4
Взаимодействие КЛ с излучением • Обратное Компт. рассеяние на фотонах реликтового фона (Т~3 K) c UCMB~0. 45 э. В/см 3 • Фоторождение пионов γ+p π+p протонами с Γ=(E/mpc 2)>3 1011 (т. е. Ep>5 1019 э. В) • Завал Грейзена-Зацепина-Кузьмина 18. 02. 2018 Л 4
18. 02. 2018 Л 4
Проблема UHECR – если есть за GZK, то откуда? 18. 02. 2018 Л 4
Ограничение на мощность <<ускорителя>> Z 0 Aктивные ядра галактик как возможные ускорители протонов 18. 02. 2018 Л 4
Скачать презентацию Лекция 4 Межзвездная среда Наблюдательные проявления Физические условия
L4_ism_2011.ppt