Astronet > Rentgenovskaya astronomiya

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

Na saite

Astrometriya

Astronomicheskie instrumenty

Astronomicheskoe obrazovanie

Astrofizika

Istoriya astronomii

Kosmonavtika, issledovanie kosmosa

Lyubitel'skaya astronomiya

Planety i Solnechnaya sistema

Solnce

Rentgenovskaya astronomiya

1. Vvedenie
2. Mehanizmy generacii rentgenovskogo izlucheniya
3. Metody registracii kosmicheskogo rentgenovskogo izlucheniya
4. Rezul'taty astronomicheskih issledovanii v rentgenovskoi oblasti spektra

1. Vvedenie

Rentgenovskaya astronomiya issleduet kosmich. ob'ekty po ih rentgenovskomu izlucheniyu (RI) s energiei fotonov ot 0,1 do 100 keV, chto sootvetstvuet diapazonu dlin el.-magn. voln ot 100 do 0,1 $\AA$ .

Atmosfera Zemli prepyatstvuet proniknoveniyu RI do zemnoi poverhnosti, pogloshaya rentgenovskie fotony na vysotah $\approx$ 100-30 km (do vysoty 30 km pronikayut fotny s energiei $\varepsilon$ >30 keV - t.n. zhestkii komponent RI, sm. Prozrachnost' zemnoi atmosfery). V svyazi s etim pervye dannye o RI Solnca byli polucheny pri pomoshi apparatury, podnyatoi na vysotnyh raketah (50-e gg. 20 v.). Osobennosti solnechnogo RI udalos' ob'yasnit' na osnove teorii goryachei solnechnoi korony s temp-roi ok. 10⁶ K. RI Solnca sostoit iz nepreryvnogo izlucheniya goryachei koronal'noi plazmy (vodorodno-gelievoi), a takzhe iz lineichatogo izlucheniya vysokoionizovannyh tyazhelyh ionov, vplot' do vodorodopodobnyh ionov Fe XXVI. Osobenno bogatyi spektr linii RI voznikaet pri vspyshkah na Solnce, kogda temp-ra v nebol'shoi oblasti povyshaetsya do 10⁷ K.

Obshii potok RI Solnca ne prevyshaet 10^-6-10^-7 ot solnechnoi postoyannoi [1,38h10⁶ erg/(sm² s)] i na granice zemnoi atmosfery priblizhenno raven 0,1 erg/(sm² s). Rentgen. svetimost' Solnca sostavlyaet, sledovatel'no, 10²⁶-10²⁷ erg/s.

Na rannem etape razvitiya kosmich. issledovanii istochniki RI, po moshnosti podobnye Solncu, no nahodyashiesya dalee nesk. parsek, ne mogli byt' obnaruzheny. Po etoi prichine poiski RI ot blizhaishih zvezd i dryu dalekih kosmich. ob'ektov voobshe ne provodilis' vplot' do 1962 g., kogda gruppa amer. issledovatelei (pod rukovodstvom B. Rossi, R. Dzhakkoni) sluchaino obnaruzhila s rakety sil'nyi istochnik RI v sozvezdii Skorpiona pri popytke nablyudat' rentg. flyuorescentnoe izluchenie poverhnosti Luny, povergaemoi bombardirovke kosmicheskimi luchami. V etom zhe eksperimente bylo takzhe otkryto RI fona neba, veroyatno, ne svyazannoe s diskretnymi istochnikami i dostatochno izotropnoe.

Ris. 1. Zavisimost' effektivnogo secheniya
ionizacii atomov mezhzvezdnoi sredy
(usrednenogo himicheskogo sostava) ot
dliny volny ionizuyushego izlucheniya.

Mezhzvezdnaya sreda s normal'nym him. obiliem osn. elementov sravnitel'no prozrachna dlya RI s $$\lambda<$100 \AA$ . V rentgen. oblasti spektra (v otlichie ot gamma-oblasti) pogloshenie svyazano s fotoionizaciei atomov tyazhelyh elementov (C, N, O, Mg, Si, Fe i dr.) v osn. s K-urovnya energii. Effektivnost' poglosheniya harakterizuyut t.n. secheniem processa ionizacii
$\sigma_\nu=7\cdot 10^{-18} N_K Z^4 \left( {13,56\over {h\nu}} \right)^3$ (sm²) ,
gde $\nu$ - chastota pogloshennogo kvanta, $h\nu=\varepsilon$ - ego energiya, vyrazhennaya v eV; N_K - chislo elektronov na urovne energii K, ravnoe 1 dlya vodorodopodobnyh ionov i 2 dlya vseh ostal'nyh atomov i ionov; Z - zaryad yadra atoma. Sechenie prakticheski ravno nulyu dlya energii nizhe poroga fotoionizacii s K-urovnya. Na risunke 1 priveden grafik zavisimosti $\sigma_\nu$ ot $\lambda$ (ili $\varepsilon$ ), a takzhe zavisimosti dliny svobodnogo probega ot energii fotona v mezhzvezdnoi srede dlya sr. koncentracii neitral'nogo mezhzvezdnogo gaza, ravnoi 0,1 atoma vodoroda v 1 sm³ pri normal'nom obilii geliya, ugleroda i dr. elementov. Na grafike pokazany skachki poglosheniya s K-urovnya dlya osn. elementov vplot' do Fe. Yasno, chto RI s $$\lambda<$10 \AA$ mozhet nablyudat'sya dazhe dlya istochnikov v galaktich. ploskosti, gde v osnovnom sosredotochen mezhzvezdnyi vodorod, esli neveliko pogloshenie v samom istochnike.

Do konca 70-h gg. issledovaniya kosmich. RI provodilis' pri pomoshi raket (na vysotah h=500 km) i vysotnyh ballonov ( $h\approx 30-40$ km). Vremya nablyudenii v odnom polete sostavlyalo do 10 min dlya raket i nesk. chasov dlya ballonov. S vyvedenie na orbitu ISZ s rentgen. teleskopami na bortu vozmozhnosti R.a. chrezvychaino rasshirilis'.

2. Mehanizmy generacii rentgenovskogo izlucheniya

Po dannym s ISZ byli detal'no izucheny astrofizich. mehanizmy generacii RI.

a) Pri tormozhenii (izmenenii skorosti) svobodnyh elektronov v rezul'tate ih blizkogo proleta ot zaryazhennyh yader generiruetsya shirokii spektr el.-magn. izlucheniya s energiei fotonov vplot' do ishodnoi energii elektrona (sm. Tormoznoe izluchenie).

T.k. veroyatnost' kulonovskogo vzaimodeistviya svobodnogo elektrona s yadrom velika, to etot mehanizm yavl. odnim iz glavnyh istochnikov generacii zhestkih fotonov v UF- i rentgen. oblastyah (vplot' do energii 0,1 MeV), a takzhe vazhneishim mehanizmom poter' energii elektronami. Esli fotony rozhdayutsya v ravnovesnoi plazme s makvellovskim raspredeleniem chastic po skorostyam, to nablyudaetsya teplovoe izluchenie, k-roe dlya bol'shoi opticheskoi tolshi ( $\tau>1$ ) yavl. plankovskim izlucheniem absolyutno chernogo tela (sm. Planka zakon izlucheniya). S rostom T, soglasno zakonu Vina, maksimum izlucheniya sdvigaetsya v korotkovolnovuyu storonu, dostigaya rentgen. diapazona pri T >10⁶ K. Pri etom polnaya intensivnost' teplovogo izlucheniya rezko vozrastaet (I ~ T⁴). Zvezda s temp-roi T ~ 10⁶ K pri tom zhe radiuse, chto i Solnce, izluchala by energii v 10⁹ raz bol'she, chem Solnce, a pri T=10⁷ K ee svetimost' prevysila by 100 raz svetimost' vseh zvezd Galaktiki. Ochevidno, chto takih teplovyh istochnikov ne sushestvuetyu Dlya opticheski tonkoi plazmy ( $\tau\ll 1$ ) intensivnost' izlucheniya (otnesennaya k edinichnomu intervalu chastot) voobshe ne zavisit ot dliny volny $\lambda$ , t.e. spektr yavl. ploskim do teh por, poka $\tau(\lambda$ ) ne stanet poryadka 1 i intensivnost' ne sravnyaetsya s plankovskoi.

b) Rentgen. fotony mogut voznikat' pri dvizhenii bystryh elektrnov v magn. pole. Pri napryazhennosti polya H ~ 10^-4-10^-3 E rentgen. fotony ispuskayutsya elektronami s energiei >10¹³ eV. Pri stepennom spektre energii elektronov generirovat'sya budet takzhe stepennoi spektr RI.

v) Pri rasseyanii fotonov malyh energii (vidimogo, radio- ili IK-diapazonov) na relyativistskih elektronah chast' energii elektrona peredaetsya fotonu, v rezcl'tate chego mogut voznikat' fotony rentgen. diapazona (sm. Komptonovskoe rasseyanie).

Sr. plotnost' energii voznikayushego rentgen. izlucheniya pri etom ravna (4/3)w_p(E/m_e c²)², gde E - energiya elektronov, w_p - plotnost' energii nizkochastotnyh fotonov, sootvetstvuyushaya temp-re T_p. Napr., dlya T_p=150 K (IK-izluchenie s $\lambda_{maks}=20$ mkm) elektrony s energiei 100 MeV budut generirovat' rentgen. fotony s $\varepsilon$ =2 keV.

Komptonovskoe rasseyanie mozhet privodit' k generacii zhestkogo RI v istochnikah, v k-ryh odnovremenno rozhdaetsya bol'shoi potok IK-izlucheniya i proisohdit uskorenie elektronov do vysokih energii. Analogichnyi mehanizm mozhet davat' fotony RI pri rasseyanii relyativistskih elektronov vysokih energii na fotonah reliktovogo submillimetrovogo izlucheniya (sm. Mikrovolnovoe fonovoe izluchenie). Elektrony s energiei 500 MeV mogut pri etom ispuskat' fotony so sr. energiei 1 keV.

g) Lineichatoe RI voznikaet pri perehodah elektronov tyazhelyh atomov ili ionov na nizhnie urovni energii. Napr., perehod elektrona v atome kisloroda na vnutr. K-uroven' daet foton s $\varepsilon$ =0,5 keV, analogichnyi perehod v atome zheleza - foton s $\varepsilon$ =6,4 keV. Imenno takie processy v ionah privodyat k generacii bogatogo lineichatogo spektra solnechnoi korony i mezhzvezdnogo gaza v obolochkah ostatkov vspyshek sverhnovyh.

Lineichatyi rentgen. spektr mozhet takzhe voznikat' v sluchae svobodnyh elektronov, urovni energii k-ryh kvantovyny v sil'nom magn. pole, kogda elektrony dvizhutsya v napravlenii, perpendikulyarnom polyu (urovni Landau). Energiya mozhet prinimat' pri etom sleduyushie znacheniya:
$e=h\nu=h\nu_B (n+1/2+m_S)$ ,
gde $\nu_B=eB/(2\pi m_e c)$ - ciklotronnaya chastota; B - indukciya magn. polya; n=0,1,2,...; $m_S$ - proekciya spina elektrona na napravlenie magn. polya ( $m_S=\pm 1/2$ ). Pervoi garmonike sootvetstvuyut perehody na uroven' s m_S=1/2, n=1, vtoroi - m_S=1/2, n=2 i t.d. Esli goryachaya plazma v magn. pole dostatochno effektivno nagrevaetsya (v tesnyh dvoinyh sistemah, napr., za schet vydelyayusheisya pri akkrecii gravitacionnoi energii), to takaya plazma mozhet byt' stacionarnym istochnikom ciklotronnogo izlucheniya. Elektronnaya ciklotronnaya liniya (giroliniya) obnaruzhena, po-vidimomu, v korotkovolnovoi chasti ( $\varepsilon$ =58 keV) rentgen. spektra istochnika Her X-1. Stol' vysokoi energii fotonov s uchetom ih "pokrasneniya" v gravitac. pole neitronnoi zvezdy s massoi $1 {\mathfrak M}_\odot$ i radiusom 10 km (sm. Krasnoe smeshenie) sootvetstvuet velichina magn. polya na poverhnosti zvezdy $B\approx 6\cdot 10^{12}$ Gs. Giroliniya proyavlyaetsya osobenno sil'no , esli vypolnyaetsya uslovie $kT_e \gg h\nu_B$ , gde T_e - temp-ra elektronnoi sostavlyayushei plazmy.

3. Metody registracii kosmicheskogo rentgenovskogo izlucheniya

Detektorami RI sluzhat pribory dvuh tipov: dlya fotonov s e<20-30 keV - detektory, rabotayushie s ispol'zovaniem fotoeffekta v gaze ili s poverhnosti tverdogo tela; dlya fotonov s e ot 30 keV do 10 MeV - scintillyacionnye detektory. Pribory pervogo tipa yavl. proporcional'nymi gazonapolnennymi schetchikami, amplituda impul'sa na vyhode k-ryh proporcional'na (v nek-rom diapazone dlin voln) energii padayushego fotona. Effektivnost' takogo detektora (otnoshenie chisla zaregistrirovannyh fotonov k obshemu ih chislu) opredelyaetsya secheniem poglosheniya (fotoionizacii) gazanapolnitelya i koeff. propuskaniya okna schetchika. Proporcional'nye schetchiki napolnyayut obychno inertnym gazom (Ar, Xe) pri davlenii ok. 1 atm, a v kachestve elektrootricat. gaza, rol' k-rogo sostoit v prekrashenii razyada, ispol'zuyut metan ili uglekislyi gaz (v kolichestve <10%). V rezhime proporcional'nosti usilenie v schetchike ~10³-10⁴.

Ris. 2. a - propuskanie okon rentgenovskih schetchikov:
1 - mailar (lavsan), 2 - polipropilen, 3 - formvar.
Tolshina materiala okolo 10 mkm; b - effektivnost'
proporcional'nogo rentgenovskogo schetchika s oknami iz
maiolara (lavsana) 1 i berilliya (6 mkm) 2 i 3,
napolnennogo argonom (2 - dlya berillievoi plenki s
9,1 mg/sm², 3 - s 25 mg/sm², K - krai poglosheniya v serebre).

Dlya okon proporcional'nyh schetchikov ispol'zuyutsya tonkie fol'gi legkih metallov (Be, Al) tolshinoi 10-100 mkm, organich. plenki tolshinoi 1-10 mkm ili dazhe ton'she. Razreshenie ( $\lambda/\Delta\lambda=\varepsilon/\Delta \varepsilon$ ) proporcional'nogo schetchika v diapazone znachenii e ot 0,1 do 20 keV obratno proporcional'no kornyu kvadratnomu iz energii fotona $\varepsilon$ , chto sostavlyaet ok. 5 pri $\varepsilon\approx 5,5$ keV, t.e. dlya $$\lambda\approx 2,3$ \AA$ razreshayutsya linii (po kriteriyu Releya), rasstoyanie mezhdu k-rymi sostavlyaet 0,45 $\AA$ . S uvelicheniem dliny volny do $10 \AA$ eta velichina vozrastaet do 4 $\AA$ . Na ris. 2 privedena tipichnaya krivaya effektivnosti proporcional'nogo schetchika s oknom iz Be i napolnennogo Ar.

Ris. 3. Princip deistviya modulyacionnogo
(kachayushegosya) kollimatora, sostoyashego iz dvuh
parallel'nyh ryadov tonkih nitei. Nizhnyaya krivaya -
propuskanie kollimatora v zavisimosti ot ugla
naklona k potoku parallel'nyh luchei ot tochechnogo
istochnika. Nomera maksimumov sootvetstvuyut lucham,
padayushim na kollimator pod sootvetstvuyushim uglom.

V scintillyacionnyh detektorah ispol'zuyut kristally NaI ili CsI, aktivirovannye dobavkami Tl, ili scintilliruyushie organich. plastmassy. Pri pogloshenii rentgen. fotona v scintillyatorah voznikaet vspyshka UF- i vidimogo izlucheniya, amplituda k-roi v izvestnom diapazone energii proporcional'na energii pogloshennogo fotona. Impul'sy vidimogo izlucheniya registriruyutsya zatem fotoumnozhitelem. V myagkoi rentgen. oblasti ( $$\lambda>$10 \AA$ ) uspeshno ispol'zuyutsya kanal'nye fotoumnozhiteli (KEU) i mikrokanal'nye plastiny (MKP). Dlya registracii koordinat fotonov RI v ploskosti registriruyushego detektora ispol'zuyutsya mnogonityanye dvuhkoordinatnye proporcional'nye gazonapolnennye schetchiki, diodnye matricy ili matricy PZS (pribory s zaryadovoi svyaz'yu) s predvarit. preobrazovaniem RI v puchok elektronov, a zatem v vidimyi svet.

Gazonapolnennye proporcional'nye schetchiki imeyut ploshad' do 300 sm² v odnom korpuse s odnim ili nesk. anodami (nityami). Ob'edinyaya nesk. takih sekcii, mozhno dovesti obshuyu ploshad' detektora do 10⁴ sm². Ploshad' scintillyacionnyh detektorov opredelyaetsya tehnologiei vyrashivaniya monokristallov CsI ili NaI i obychno sostavlyaet 100-300 sm². Scintillyatory iz plastich. materialov mogut byt' otlity prakticheski lyubyh razmerov (svyshe m²). Dlya formirovaniya polya zreniya detektorov bol'shoi ploshadi ispol'zuyutsya mehanich. kollimatory obychno shestiugol'nogo (sotovogo) secheniya s razmerami yacheek 0,1-1 sm, chto daet vohmozhnost' ogranichit' pole zreniya do 1^o v diametre ili neskol'ko men'she. Shirokoe rasprostranenie poluchili kollimatory, sostoyashie iz nesk. (do 10) setok, rasstoyaniya mezhdu k-rymi posledovatel'no umen'shayut vdvoe.

Uglovaya apertura takogo kollimatora mozhet byt' dovedena do 10' po odnoi koordinate. Kollimator, sostoyashii iz dvuh setok, poluchil nazvanie modulyacionnogo. Ego diagramma napravlennosti sostoit iz ryada polos, uglovoi razmer k-ryh po odnoi koordinate mozhet byt' doveden do 10". Pri skanirovanii neba detektorom tochechnyi rentgenovskii istochnik "risuet" krivuyu, sostoyashuyu iz treugol'nyh "pikov" umen'shayusheisya vysoty (ris. 3).

Dlya myagkoi rentgen. oblasti primenyat takzhe otrazhatel'nye fokusiruyushie teleskopy, stroyashie rentgen. izobrazhenie. Fokusirovka RI vozmozhna vsledstvie rosta koeff. otrazheniya dlya metallov s uvelicheniem dliny volny padayushego RI i priblizheniem ugla padeniya k 90^o. Vysokii koeff. otrazheniya (svyshe 50%) dlya Au ili Pt dostigaetsya pri uglah padeniya, prevyshayushih 87^o. Horoshee kachestvo izobrazheniya daet dvuhzerkal'naya sistema, sostoyashaya iz paraboloida i giperboloida vrasheniya (ris. 4). Razreshenie takih sistem pri diametre teleskopa do 60 sm sostavlyaet 1-2".

Teleskopy pozvolyayut effektivno issledovat' solnce, a v 1978 g. na sputnike HEAO-B (Einshteinovskaya observatoriya) v SShA byl zapushen na orbitu rentgenovskii teleskop kosogo padeniya, pri pomoshi k-rogo bylo polucheno (s razresheniem do 2") neskol'ko tysyach izobrazhenii rentgenovskih istochnikov.

4. Rezul'taty astronomicheskih issledovanii v rentgenovskoi oblasti spektra

Ris. 4. a - shemy rentgenovskih
teleskopov kosogo padeniya (tipa
Uoltera); b - koefficient otrazheniya
zolota v zavisimosti ot ugla
padeniya i dliny volny.

S 1970 g. v raznyh stranah bylo zapusheno nesk. special'zirovannyh ISZ s rentgen. teleskopami. Naibolee uspeshnymi byli eksperimenty na sputnikah SAS-1 ("Uhuru", SShA, 1970), SAS-3 (SShA, 1973), ANS (Niderlandy, 1974), UK-5 (Velikobritaniya, 1974), ChEAO-A (SShA, 1977), HEAO-B (SShA, 1978), "Hakute" (Yaponiya, 1980), "Astron" (SSSR, 1983). Yarkost' istochnikov RI v tradic. diapazone energii 2-10 keV prinyato vyrazhat' v edinicah, primenennyh 4-m kataloge "Uhuru": 1 ed. Uhuru ravna 10^-3 foton/(sm² s), ili $1,7\cdot 10^{-11}$ erg/(sm² s). Naibolee yarkim stacionarnym istochnikom RI yavl. istochnik v sozvezdii Skorpiona (Sco X-1) s potokom 20000 ed. Uhuru. Teleskop sputnika HEAO-B registriroval istochniki s potokom vplot' do 10^-3 ed. pri vremeni nablyudenii ok. 1 sut v oblasti myagkogo rentgen. izlucheniya.

Otkrytye istochniki RI rezko delyatsya na dve gruppy: s sil'noi koncentraciei k galaktich. ploskosti i ravnomernym raspredeleniem po nebesnoi sfere (ris. 5). Pervaya gruppa yavl. galaktich. populyaciei, vtoraya - metagalakticheskoi. Iz 75 yarkih galaktich. istochnikov s potokom svyshe 10 ed. i sr. svetimost'yu $\approx 2\cdot 10^{37}$ erg/s ok. 60 istochnikov raspolozheno v napravlenii na centr Galaktiki (sr. galaktich. shirota 3,5^o). Slabye galaktich. istochniki s potokom men'she 10 ed. imeyut sr. galaktich. shirotu 24,5^o i sr. potok 4 ed., t.e. oni v 50 raz slabee yarkih istochnikov. Ih chislo sostavlyaet 230, a sr. svetimost' $\approx 6\cdot 10^{33}$ erg/s. So sputnika HEAO-B byli obnaruzheny galaktich. istochniki so svetimost'yu eshe v 1000 raz men'shei, a takzhe zaregistrirovano RI norm. zvezd (zvezdnye korony, analogichnye solnechnoi korone). Lish' neboshaya chast' etih istochnikov imeet optich. otozhdestvlenie. Syuda vhodyat dvoinye rentgen. istochniki (ih nemnogim bolee 20), sostoyashie iz kompaktnogo relyativistskogo ob'ekta (neitronnoi zvezdy ili chernoi dyry) i normal'noi zvezdy (obychno zvezdy-giganta). Luchshe vsego izucheny istochniki Her X-1, Cen X-1, Cen X-3, a takzhe dvoinye istochniki v Magellanovyh oblakah. V tablice 1 privedeny dannye o pyati istochnikah etogo tipa.

Tabl. 1. Osnovnye harakteristiki naibolee izuchennyh dvoinyh rentgenovskih istochnikov

Istochnik i ego oboznachenie po 4-mu katalogu "Uhuru" (4U) Potok, ed. Uhuru Tip norm. zvezdy Period pul'sacii rentg. istochnika, s Orbit. period, sut Rasstoyanie, kpk Svetimost', erg/s

Cen X-3 200 O, gigant 4,8 2,067 8 10³⁷

Her X-1 100 A, gigant 1,23779132 1,70016 5 10³⁷

Vela X-1 (4U 0900-40) 250 B, sverhgigant 283 0,966 1 $2\cdot 10^{36}$

SMC X-1 (Maloe
Magellanovo Oblako,
4U 0115-78) 36 to zhe 0,714 3,892 65 $6\cdot 10^{38}$

4U 1538-52 20 to zhe 529 3,73 7 $4\cdot 10^{36}$

Ris. 5. Karta rentgenovskih istochnikov 4-go kataloga "Uhuru".
Diametry kruzhkov sootvetstsvuyut yarkosti istochnikov. Otmecheny
naibolee interesnye galakticheskie i vnegalakticheskie istochniki.

Rentgen. svetimost' takih istochnikov obespechivaetsya za schet peretekaniya veshestva normal'noi zvezdy cherez vnutr. tochku Lagranzha (sm. Polost' Rosha) na relyativistskii kompaktnyi ob'ekt. Veshestvo obrazuet akkrecionnyi disk, yavlyayushiisya istochnikom teplovogo RI s $T\approx 10^6-10^7$ K. Inogda u takih istochnikov v optich. diapazone nablyudaetsya ryad tonkih effektov: zatmenie kompaktnogo ob'ekta i akkrecionnogo diska zvezdoi-gigantom, razogrev chasti poverhnosti norm. zvezdy pri obluchenii ee moshnym potokom RI, otlichie fformy giganta ot sfericheskoi iz-za gravitac. vzaimodeistviya s blizkim relyativistskim ob'ektom sravnimoi massy. Detal'no izuchen mehanizm otrazheniya, rasseyaniya i pererabotki RI atmosferoi zvezdy-giganta. Rentgenovskie i opticheskie nablyudeniya pozvolyayut opredelit' elementy orbity tesnoi pary i f-ciyu mass $f({\mathfrak M})={\mathfrak M}_0^3 \sin^3 i /({\mathfrak M}_X+{\mathfrak M}_0)^2$ , gde ${\mathfrak M}_0$ i ${\mathfrak M}_X$ - massy opticheskogo (norm. zvezdy) i rentgenovskih komponentov, i - ugol mezhdu normal'yu k ploskosti orbity i napravleniem lucha zreniya. Iz-za orbital'nogo dvizheniya so skorost'yu ok. 200 km/s voznikaet legko nablyudaemaya doplerovskaya modulyaciya chastoty pul'sacii rentgen. izlucheniya bystrovrashayushegosya kompaktnogo ob'ekta. Istochnik Cyg X-1 s orbital'nym periodom 5,6 sut otozhdestvlen s golubym gigantom HD 226868 massoi ok. $20 {\mathfrak M}_\odot$ . Massa rentgenovskogo komponenta sostavlyaet $6-15 {\mathfrak M}_\odot$ , chto delaet ves'ma veroyatnym ego otozhdestvlenie s chernoi dyroi.

Sredi galaktich. istochnikov RI, imeyushih opticheskoe otozhdestvlenie, ves'ma mnogochislennym klassom yavlyayutsya ostatki vspyshek sverhnovyh zvezd (tabl. 2), chislo k-ryh dostigaet 15.

Tabl. 2. Nekotorye rentg. istochniki, otozhdestvlennye s ostatkami vspyshek sverhnovyh zvezd

Ostatok sverhnovoi (SN) Rasstoyanie, kpk Oboznachenie
rentg. istochnika
po 4-mu katalogu "Uhuru" Potok, ed. Uhuru

SN Tiho (1572 g.) 3 4U 0022+63 10

Krabovidnaya tumannost'
(SN 1054 g.) 1,7 4U 0531+22 1000

PSR 0531+21 (pul'sar v
Krabovidnoi tumannosti) 1,7 4U 0531+22 10

IC 443 1,9 (?) 4U 0617+23 3,5

Pup A 1,2 4U 0821-42 8

Vela X (tumannost') 0,46 4U 0833-45 10

Vela X (pul'sar v Parusah) 0,46 4U 0833-45 -

MSH 15-52 A ? 4U 1510-59 6

GX 13+1 9,8 4U 1811-17 400

Petlya v Lebede (Cyg Loop) 0,8 4U 2046+31 1,7

Cas A 4,0 4U 2321+58 53

Sredi ostatkov sverhnovyh naibolee izucheny Krabovidnaya tumannost' i Cas A. RI ostatkov sostoit iz izlucheniya zvezdnogo ostatka (eto izluchenie nablyudaetsya nevsegda), sinhrotronnogo izlucheniya v magn. pole relyativistskih elektronov, generiruemyh central'nym istochnikom, i teplovogo izlucheniya mezhzvezdnogo gaza, nagretogo i uplotnennogo udarnoi volnoi vzryva sverhnovoi. Rol' kazhdogo iz treh mehanizmov sushestvenno opredelyaetsya vozrastom ostatka.

U Krabovidnoi tumannosti dominiruet sinhrotronnoe izluchenie, prostirayusheesya v optich. diapazon i radiodiapazon, a takzhe izluchenie pul'sara, vrashayushegosya s periodom 0,033 s. Profil' impul'sa pul'sara v rentgen. diapazone v pervom priblizhenii sootvetstvuet optich. krivoi bleska. S rostom energii fotonov ( $h\nu$ ) otnositel'naya dolya izlucheniya pul'sara vozrastaet ot 1% pri $h\nu\approx 1$ keV do 15% pri $h\nu\approx 100$ keV i do 30% pri $h\nu\approx 300$ keV. Izluchenie etogo ob'ekta proslezhivaetsya i v gamma-oblati vplot' do $\varepsilon=2,5\cdot 10^{11}$ eV. Komponent sinhrotronnoi prirody RI lineino polyarizovan so stepen'yu polyarizacii $15\pm 5$ %. starye ostatki tipa Petli v Lebede svetyatsya v osnovnom blagodarya teplovomu izlucheniyu mezhzvezdnogo gaza, nagretogo do T ~ 10⁶ K. Vremya ostyvaniya takogo gaza ochen' veliko iz-za malosti poter' na izluchenie. Razdelit' teplovoe izluchenie ot sinhrotronnogo v staryh ostatkah slozhno. Dlya ostatka v Kassiopee naidena verhnyaya granica temp-ry central'noi zvezdy ( $T<8\cdot 10^5$ K).

Ne do konca yasen vopros o fiz. prirode istochnikov tipa Sco X-1 - naibolee yarkih stacionarnyh istochnikov RI na nebe. Istochnik Sco X-1 byl otozhdestvlen s goluboi zvezdoi (13^m) s nechetko vyrazhennoi peremennost'yu (periody ravny 0,78 i 3,9 sut). Spektr istochnika teplovoi s kT=6 keV, odnako imeetsya vysokoenergeticheskaya chast' s kT >40 keV. V nizkoenergeticheskoi oblasti spektra izluchenie peremenno.

Iz 600 istochnikov RI ok. 100 yavl. vnegalakticheskimi so srednim potokom 5 ed. Iz nih 60 istochnikov otozhdestvleny so skopleniyami galaktik (v osnovnom iz spiska Eibella). Spektr etih istochnikov sootvetstvuet opticheski tonkoi plazme s T ~ 10₇-10₈ K. Za eto izluchenie otvetstven goryachii gaz v skopleniyah galaktik s plotnost'yu 10_-3-10_-4 sm^-3. Massa gaza sostavlyaet 10-30% ot massy galaktik, vhodyashih v skoplenie, chego yavno nedostatochno dlya ego gravitac. stabilizacii. T.o., gaz ne snimaet problemu skrytoi massy v galaktikah (massy, zaklyuchennoi v vidimyh zvezdah dlya stabilizacii nedostatochno).

Ris. 6. Rentgenovskoe izobrazhenie central'noi chasti
Tumannosti Andromedy (M31), poluchennoe pri pomoshi
teleskopa kosogo padeniya sputnika HEAO-B.

Sredi vnegalaktich. istochnikov nablyudayutsya norm. galaktiki, prichem v Magellanovyh Oblakah i v tumannostyah M31 i M33 so sputnika HEAO-B izucheny otdel'nye istochniki. V M31 obnaruzheno svyshe 70 istochnikov, podobnyh istochnikam v nashei Glaktike, s sil'noi koncentraciei k centru (ris. 6). Etot zhe sputnik zaregistriroval RI yader aktivnyh galaktik, a takzhe kvazarov. V srednem na kazhdyi kvadratnyi gradus nebesnoi sfery prihoditsya nesk. kvazarov, tak chto rentgen. teleskopu etogo ISZ bylo dostupno dlya nablyudenii na vsem nebe ok. 10⁵ kvazarov, chto v 100 raz prevoshodit chislo opticheski issledovannyh kvazarov. K sozhaleniyu, poka v rentgen. diapazone detektorami s takoi chuvstvitel'nost'yu obsledovano vsego 1-2% ploshadi nebesnoi sfery.

Sredi galaktich. istochnikov RI sleduet otmetit' bystroperemennye i vspyhivayushie istochniki: barstery i tranzientnye istochniki (za 10 let nablyudenii ih otkryto ok. 50). Inogda vspyhivayushie istochniki v techenie 1-10 sut po yarkosti prevoshodyat samyi yarkii istochnik Sco X-1. Ih sr. galaktich. shirota sostavlyaet 7^o, sr. potok 3000 ed. Uhuru, a svetimost' dostigaet v maksimume 10³⁸ erg/s. Nek-rye barstery byli otozhdestvleny s central'nymi oblastyami sharovyh skoplenii nashei Galaktiki (napr., s NGC 6624) i yavl. neitronnymi zvezdami v pare s malomassivnym krasnym karlikom. Ih RI svyazano s yadernymi reakciyami (gelievoi vspyshkoi) na poverhnosti neitronnoi zvezdy.

Pomimo diskretnyh istochnikov RI vnegalaktich. i galaktich. prirody ob'ektom issledovanii R.a. yavl. rentgen. fon, dostatochno izotropnyi v zhestkoi oblasti spektra ( $\varepsilon$ >10 keV) i pokazyvayushii yavnuyu anizotropii galaktich. prirody v myagkoi oblasti ( $\varepsilon$ <1 keV). Nablyudaemye v myagkoi oblasti spektra ob'ekty mogut byt' otozhdestvleny s krupnomasshtabnymi elementami galaktich. struktury, napr. s Severnym polyarnym shputorm - izvestnoi delat'yu radiokarty neba. Poslednii, vozmozhno, yavl. starym ostatkom sverhnovoi v blizhaishih okrestnostyah Solnca. Priroda izotropnogo komponenta do konca ne ponyatna. Ochevidno, znachit. chast' fona mozhet byt' ob'yasnena integral'nym vkladom nerazreshennyh slabyh vnegalaktich. istochnikov, vklyuchaya dalekie, nahodyashiesya na kosmologich. rasstoyaniyah. Do konca ne yasen vopros o roli goryachego razrezhennogo mezhgalaktich. gaza, izluchenie k-rogo mozhet takzhe davat' vklad v fonovoe RI.

(V.G. Kurt)

V. G. Kurt, "Fizika Kosmosa", 1986
Glossarii Astronet.ru

A | B | V | G | D | Z | I | K | L | M | N | O | P | R | S | T | U | F | H | C | Ch | Sh | E | Ya

Obsudit' etu publikaciyu

Versiya dlya pechati

Istochnik i ego oboznachenie po 4-mu katalogu "Uhuru" (4U)	Potok, ed. Uhuru	Tip norm. zvezdy	Period pul'sacii rentg. istochnika, s	Orbit. period, sut	Rasstoyanie, kpk	Svetimost', erg/s
Cen X-3	200	O, gigant	4,8	2,067	8	10³⁷
Her X-1	100	A, gigant	1,23779132	1,70016	5	10³⁷
Vela X-1 (4U 0900-40)	250	B, sverhgigant	283	0,966	1	$2\cdot 10^{36}$
SMC X-1 (Maloe Magellanovo Oblako, 4U 0115-78)	36	to zhe	0,714	3,892	65	$6\cdot 10^{38}$
4U 1538-52	20	to zhe	529	3,73	7	$4\cdot 10^{36}$