Astronet > Rekombinacionnye radiolinii

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Rekombinacionnye radiolinii

V mezhzvezdnoi srede pri nizkoi plotnosti v processe rekombinacii zaryazhennyh chastic - elektronov i ionov - s opredelennoi veroyatnost'yu vozmozhno obrazovanie atomov s vysokim urovnem vozbuzhdeniya. Pri posleduyushih kaskadnyh perehodah na urovni s men'shei energiei v silu maloi raznicy energii mezhdu vysokovozbuzhdennymi urovnyami proishodit ispuskanie fotonov radiodiapazona, sootvetstvuyushih raznym R.r. Veroyatnost' takih processov ochen' nevelika. Pri elektronnoi plotnosti N_e=10²-10³ sm^-3 odin atom s nuzhnym urovnem vozbuzhdeniya prihodtsya na 10¹⁴-10¹⁶ atomov. T.k. veroyatnost' spontannyh perhodov mezhdu vysokovozbuzhdennymi urovnyami umen'shaetsya s nomerom urovnya n kak n^-5, a ispuskaemye fotony imeyut maluyu energiyu, to dlya obrazovaniya radiolinii trebuetsya gromadnoe kolichestvo ionov i elektronov. Eto kolichestvo, odnako, ne mozhet byt' dostignuto za schet uvelicheniya plotnosti sredy. Pri znachit. plotnostyah iz-za bol'shogo chisla soudarenii vozbuzhdennyh atomov s zaryazhennymi chasticami proishodit shtarkovskoe ushirenie spektral'nyh linii, privodyashee k ih oslableniyu i razmytiyu (sm. Shtarka effekt). T.o., dlya obrazovanii radiolinii gaz dolzhen byt' dostatochno razrezhen, a chislo atomov na luche zreniya veliko. Takie usloviya vozmozhny lish' v kosmich. prostranstvah, na Zemle ih realizovat' prakticheski nevozmozhno.

Chastoty R.r. opredelyayutsya f-loi $\nu=cRZ^2 \left( {1\over n^2_1} - {1\over n^2_2} \right)$ , (1) gde Z - effektivnyi zaryad yadra v ed. zaryada protona, n₁ i n₂ - glavnye kvantovye chisla nizhnego i verhnego urovnei, prichem n₂=n₁+1, n₁+2 i t.d., R - Ridberga postoyannaya.

Dlya vodoroda, yadro k-rogo sostoit iz odnogo protona (Z=1), obrazuyushego sfericheski-simmetrichnoe kulonovskoe pole, vyrazhenie (1) spravedlivo dlya lyubyh znachenii n₁. Dlya malyh n₁ eto vyrazhenie opredelyaet chastoty linii, lezhashih v UF-, optich. i IK-diapazonah, - linii serii Laimana (n₁=1), Bal'mera (n₁=2), Pashena (n₁=3), Breketa (n₁=4) i Pfunda (n₁=5). Dlya geliya i bolee tyazhelyh elementov vyrazhenie (1) spravedlivo tol'ko pri $n_1\gg 1$ , t.e. dlya radiolinii. Fizicheski eto obuslovleno tem, chto elektrich. pole "atomnogo ostatka", sostoyashego iz yadra i elektronov, zanimayushih blizhaishie k yadru orbity, mozhno schitat' simmetrichnym tol'ko na bol'shih rasstoyaniyah, chto vypolnyaetsya dlya elektrona, nahodyashegosya na vysokovozbuzhdennom urovne. Po otnosheniyu k takomu elektronu atom yavl. vodorodopodobnym: blizhaishie elektrony ekraniruyut zaryad yadra, delaya ego ravnym edinice.

Chastoty radiolinii bolee tyazhelyh elementov smesheny otnositel'no chastot radiolinii vodoroda na nek-ruyu velichinu iz-za zavisimosti vhodyashei v vyrazhenie (1) postoyannoi Ridberga ot massy: $R=R_\infty \left( 1-{m_e \over m_a} \right)$ , (2) m_a - massa atoma, $R_\infty$ - postoyannaya Ridberga dlya beskonechnoi massy (kogda $m_a\gg m_e$ ).

Na vozmozhnost' obrazovaniya radiolinii u vysokovozbuzhdennogo vodoroda obratil vnimanie v 1952 g. Dzh. Uaild (Avstraliya). Odnako on by lves'ma pessimistichen v ocenke vozmodnosti ih vydeleniya, schitaya, chto iz-za svoei mnogochislennosti radiolinii dolzhny slivat'sya drug s drugom i s nepreryvnym spektrom. V 1959 g. N.S. Kardashev prishel k vyvodu, chto R.r. vysokovozbuzhdennogo vodoroda dolzhny byt' razlichimy v spektrahradioizlucheniya zon HII - kosmich. oblakov ionizovannogo vodoroda.

Slabost' radiolinii oslozhnyaet ih eksperimetal'noe issledovanie, dlya provedeniya k-rogo trebuyutsya vysokochuvstvit. radiometry i krupnye radioteleskopy.

Ris. 1. Spektral'nye linii vodoroda v opticheskom diapazone
i radiodiapazone. Numeraciya otnositsya k konechnomu urovnyu
atoma posle ispuskaniya kvanta sootvetstvuyushei chastoty, $\alpha$ -
golovnoi chlen sootvetstvuyushei serii, intensivnost' linii
$S(\lambda)$ dana v proizvol'nyh edinicah.

Na ris. 1 privedeno shematich. izobrazhenie spektr. linii vodoroda v optich. diapazone i radiodiapazone. Intensivnost' izlucheniya na chastotah radiolinii v sotni i tysyachi raz slabee, chem v optich. diapazone. Krome togo, v radiodiapazone spektral'nye linii nakladyvayutsya na znachitel'no bolee intensivnyi nepreryvnyi spektr ionizovannogo vodoroda, obuslovlennyi tormozheniem svobodnyh elektronov pri ih dvizhenii v elektrich. pole ionov.

Pervaya R.r. - liniya vodoroda, obuslovlennaya perehodami mezhdu 91-m i 90-m urovnyami atoma vodoroda ( $\lambda\approx 3,4$ sm), byla obnaruzhena v 1964 g. R.L. Sorochenko i E.V. Borodzichem (FIAN, SSSR) v spektre tumannosti Omega (ris. 2). Eshe bolee dlinnovolnovuyu liniyu (perehod 105 $\to$ 104, $\lambda\approx 5,2$ sm) nashli v eto zhe vremya A.F. i Z.V. Dravskih (Pulkovo, SSSR). V 1965 g. v SShA byli obnaruzheny radiolinii perehodov 110 $\to$ 109 ( $\lambda \approx 6$ sm), 157 $\to$ 156 i 158 $\to$ 157 ( $\lambda \approx 18$ sm).

V 1966 g. nashli R.r. geliya - vtorogo po obiliyu elementa vo Vselennoi, zatem R.r. ugleroda, ochen' blizko prykayushie k liniyam geliya, i, vozmozhno, radiolinii nek-ryh bolee tyazhelyh elementov. Spektr tumannosti Oriona s R.r. 85 $_\alpha$ (86 $\to$ 85) vodoroda, geliya i ugleroda pokazan na ris. 3.

Byli obnaruzheny i stali issledovat'sya takzhe R.r., sootvetstvuyushie perehodam s izmeneniem n na dve, tri i bolee edinic - linii vysshego poryadka.

Prinyato sleduyushee oboznachenie R.r.: naimenovanie elementa po tablice Mendeleeva, nomer urovnya, na k-ryi proishodit perehod, poryadok linii grech. bukvoi. Napr., oboznachenie H114 $_\beta$ sootvetstvuet linii vodoroda, obuslovlennoi perehodami mezhdu 116 i 114 urovnyami.

Samaya korotkovolnovaya iz naidennyh radiolinii - H42 $_\alpha$ - imeet dlinu volny 3,5 mm, samaya dlinnovolnovaya - H300 $_\alpha$ - lezhit uzhe v metrovom diapazone ( $\lambda$ =1,25 m). Dlya ugleroda udalos' dazhe naiti liniyu poglosheniya C640 $_\alpha$ na dline volny ok. 15 m, kogda razmer izluchayushei sistemy (atoma) priblizhalsya k 0,1 mm.

Issledovaniya R.r. pozvolili ustanovit', chto oni ne ushiryayutsya i ne razmyvayutsya v toi stepeni, kak etogo sledovalo by ozhidat', ishodya iz teorii shtarkovskogo ushireniya R.r. vodoroda, razrabotannuyu na osnove izmerenii v optich. diapazone. Dlya R.r. vozmusheniya nachal'nogo i konechnogo urovnei vnesh. elektrich. polem v znachit. stepeni podobny iz-za ih blizosti. V rezul'tate pri vozmusheniyah interval mezhdu urovnyami menyaetsya sushestvenno men'she, chem energiya samih urovnei. T.o., proishodit kompensaciya shtarkovskogo ushireniya i radiolinii mogut nablyudat'sya do vysokih znachenii n.

Ris. 2. Spektrogramma radiolinii vodoroda 91 $\to$ 90
(istoricheski pervaya zapis', 1964 g.).
Verhnyaya krivaya - zapis' izlucheniya tumannosti
Omega; nizhnyaya - kontrol'naya zapis' pri
antenne, ne napravlennoi na istochnik;
vertikal'nymi liniyami vydeleny intervaly
chastot cherez 1 MGc: bol'shaya vertikal'naya
liniya pokazyvaet raschetnuyu chastotu,
sootvetstvuyushuyu radiolinii H91 $_\alpha$ .

R.r. raskryvayut novye vozmozhnosti dlya astrofizich. issledovanii. V otlichie ot optich. izlucheniya, radioizluchenie ne podverzheno mezhzvezdnomu pokrasneniyu, radiolinii legko razreshayutsya i mogut byt' ispol'zovany dlya issledovanii slabyh ob'ektov s maloi poverhnostnoi yarkost'yu.

R.r. vodoroda pozvolyayut opredelit' osn. fiz. parametry zon HII. intensivnosti radiolinii i nepreryvnogo izlucheniya etih oblastei imeyut razlichnuyu zavisimost' ot temp-ry. Poetomu po izmerennomu otnosheniyu dannyh velichin (chto, kstati, vsegda tochnee abs. izmerenii) mozhno opredelit' elektronnuyu temperaturu T_e issleduemyh oblastei. Okazalos', chto bol'shinstva zon HII tepmeratury $T_e\approx (7-9)\cdot 10^3$ K. Izmereniya shtarkovskogo ushireniya radiolinii (posle togo kak byla peresmotrena i utochnena teoriya etogo yavleniya) dayut vozmozhnost' opredelit' vtoroi osn. parametr zon HII - elektronnuyu koncentraciyu N_e. Izmereniya radiolinii, sootvetstvuyushih perehodam s minim. nomerami, dayut vozmozhnost' opredelit' neushirennyi davleniem gaza profil' linii ot dannogo ob'ektayu Po izmerennoi shirine etogo profilya i izvestnoi T_e mogut byt' opredeleny skorosti vnutr. dvizheniya gaza v zonah HII (sm. Doplera effekt). Eti skorosti zaklyucheny v predelah 8-14 km/s.

Ris. 3. Rekombinacionnye radiolinii $85_\alpha$
vodoroda, geliya i ugleroda v spektre tumannosti
Oriona (M42). Po osi ordinat otlozheno otnoshenie
yarkostnyh temperatur linii i kontinuuma (T_l/T_k).
Pod naimenovaniem kazhdoi linii privedena ee
chastota (v MGc).

R.r. vodoroda byli zaregistrirovany ne tol'ko ot yarkih i kompaktnyz zon HII, s chego byli nachaty eti issledovaniya, no i ot raspredelennogo ionizov. vodoroda. Sleduet podcherknut', chto s pomsh'yu R.r. mozhno provodit' issledovaniya samyh udalennyh oblastei HII, v t.ch. nahodyashihsya za centrom Galaktiki i polnost'yu zakrytyh pylevoi materiei. Vo mnogih sluchayah R.r. dayut fakticheski edinstvennuyu vozmozhnost' opredelit' fiz. usloviya i mestonahozhdenie oblastei HII.

Po doplerovskomu sdvigu chastoty R.r. mozhno opredelit' luchevuyu skorost' istochnika izlucheniya i v ramkah prinyatoi modeli Galaktiki - rasstoyanie do nego. Na osnovanii poluchennyh dannyh byli postroeny karty krupnomasshtabnogo raspredeleniya ionizov. vodoroda v Galaktike, analogichno tomu, kak eto bylo sdelano dlya neitral'nogo vodoroda po radiolinii 21 sm (sm. Galaktika, Mezhzvezdnyi gaz).

R.r. vodoroda byli obnaruzheny i u ryada vnegalaktich. ob'ektov, v t.ch. takih udalennyh, kak M82 i NGC 253.

Izmereniya R.r. geliya pozvolyayut opredelit' soderzhanie etogo elementa v Galaktike, chto vazhno dlya ponimaniya evolyucii Vselennoi (sm. Kosmologiya).

Lit.:
Sorochenko R.L., Izluchenie radiolinii vozbuzhdennogo vodoroda, VestnikAN SSSR, 1969, t. 39, N 4; Gordon M.A., Harakteristiki oblastei HII i diffuznogo teplovogo fona v radiodiapazone, v kn.: Galakticheskaya i vnegalakticheskaya radioastronomiya, per. s angl., M., 1976.

(R.L. Sorochenko)

R. L. Sorochenko, "Fizika Kosmosa", 1986
Glossarii Astronet.ru

L | R | A | B | V | G | D | E | Zh | Z | I | ' | K | L | M | N | O | P | R | S | T | U | F | H | C | Ch | Sh | Sh | E | Yu | Ya

Obsudit' etu publikaciyu

Versiya dlya pechati