книги из ГПНТБ / Иноземцев, Г. Г. Незатылованные шлицевые червячные фрезы-1

Рассмотрим основные свойства фотон-фотонных взаимодействий. В области малых энергий фотонов

только фотон-фотонное рассеяние (2.154). Однако сечение этого про­ цесса очень мало [107]:

и значение фотон-фотонного рассеяния в астрофизике высоких энер­ гий невелико.

становится возможным рождение электрон-позитронных пар при фотон-фотонных столкновениях. Сечение этого процесса сравнимо с сечением комптон-эффекта [107]:

Поэтому время жизни фотонов высоких энергий по отношению к рож­ дению электрон-позитронных пар должно быть сравнимо с временем жизни электронов по отношению к обратному комптон-эффекту (2.150).

Поглощение фотонов при взаимодействии с полем электромаг­ нитного излучения рассматривалось в работах [132, 134, 144—148].

Согласно работе [147] время жизни фотонов, распространяющих­ ся в поле равновесного теплового излучения с температурой Т> представим в виде

98

На рис. 19 показана логарифмическая зависимость вероятности взаимодействия фотонов с равновесным тепловым излучением от величины

(тс2)2

~ЁуТГ

§ 2.6.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЖЕСТКОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО

ИЗЛУЧЕНИЯ С КОСМИЧЕСКИМ ГАЗОМ

Поглощение жесткого электромагнитного излучения в газе обу­ словлено фотоэффектом, комптон-эффектом и рождением электронпозитронных пар.

Фотоэффект. При малых энергиях фотонов основной механизм поглощения — это фотоэффект (ионизация атомов и молекул газа под действием электромагнитного излучения).

Коэффициент поглощения длинноволнового рентгеновского излу­ чения в межзвездном газе достаточно велик для того, чтобы вызвать заметное поглощение длинноволнового рентгеновского фотона при распространении в межзвездном пространстве. Сечение фотоэффекта быстро возрастает при уменьшении энергии фотонов, и поэтому энергетический спектр источников рентгеновского излучения будет обрезан со стороны малых энергий. Изучая форму энергетического спектра рентгеновских источников в области обрезания, можно по-

лучить сведения о составе и плотности межзвездного газа и расстоя­ нии до источников [149—151].

Сечение ионизации атомарного водорода можно рассчитать ана­

и — V Еу - Et

В астрофизике часто применяют приближенную формулу для сече­

рентгеновского излучения в межзвездном газе [154] можно аппрокси­ мировать выражением

где пн — концентрация атомов водорода в межзвездном газе; Еу — энергия фотонов, кэв. Из соотношения (2.167) следует, что обрезание

100

При высоких энергиях сечение фотоэффекта быстро падает:

где пе — концентрация электронов газа в 1 см'3; R — расстояние до источника, кпс. Отметим, что комптоновское рассеяние фотонов на межзвездном газе не сказывается

цессом поглощения жесткого излучения становится рождение элек- трон-позитронных пар при столкновениях с частицами газа:

Коэффициент поглощения у-излучения, обусловленный рождением пар, связан с радиационной длиной Х0 (см. § 2.3) соотношением

Величины энергий ЕУ1 и ЕУг, разделяющих сферы влияния фото­ эффекта, комптоновского рассеяния и рождения пар, приведены

втабл. 13.

*Влияние комптоновского рассеяния в межгалактическом газе на рас­ пространение фонового рентгеновского излучения рассматривается в § 6.3.

101

Т А Б Л И Ц А 13

Граничные энергии областей влияния фотоэффекта, комптон-эффекта и рождения пар на поглощение фотонов в газе

На рис. 21 показана зависимость сечения взаимодействия жест­ кого электромагнитного излучения с атомами водорода от энергии фотона.

В § 3.2 рассматриваются (в несколько ином аспекте) фотоядер­ ные взаимодействия фотонов — ядерный фотоэффект и фоторождение пионов. Вклад этих процессов в коэффициент поглощения фотонов в газе невелик. Для гелия максимальный вклад ядерного фотоэф­ фекта в коэффициент поглощения не превышает 20%; вклад фото­ рождения пионов на порядок меньше.

§ 2.7.

АННИГИЛЯЦИЯ ЭЛЕКТРОНОВ И ПОЗИТРОНОВ*

Позитрон —• античастица по отношению к электрону. Эти две частицы могут попарно аннигилировать, т. е. превращаться в кван­ ты электромагнитного излучения:

электрона и позитрона, при которой образуется всего один фотон (п > 2).

Процесс аннигиляции электронов и позитронов играет важную роль в астрофизике высоких энергий. Регистрация фотонов, обра­ зующихся при аннигиляции вещества и антивещества, в настоящее время является единственным способом поиска антивещества в уда­ ленных космических объектах.

Электрон и позитрон могут аннигилировать как в свободном со­ стоянии, так и с образованием связанной системы — позитрония Ps.

* Аннигиляция протонов и антипротонов рассматривается в § 3.5.

102

Сечение аннигиляции свободных электрона и позитрона на два фотона рассчитано в работе [158]. В нерелятивистском пределе (ско­ рость позитрона v+ С с) оно равно

С увеличением энергии позитрона сечение аннигиляции уменьша­ ется:

и при свободной аннигиляции процессами с образованием трех и бо­ лее фотонов можно пренебречь.

Основная доля позитронов аннигилирует, затормозившись до малых (тепловых) энергий. Это обусловлено малой величиной сече­ ния аннигиляции по отношению к сечению упругого рассеяния, оп­ ределяющего торможение позитронов в газе. При аннигиляции не­ релятивистских позитронов энергия фотонов, образующихся при

Это обстоятельство позволяет выделить аннигиляционное излучение на фоне у-излучения, обусловленного другими процессами.

При торможении позитронов до тепловых энергий часть пози­ тронов захватывается электронами с образованием связанной систе­ мы позитрония Ps. Аннигиляция позитрония существенно отличает­ ся от свободной аннигиляции. Дело в том, что позитроний, находя­ щийся в триплетном состоянии (с параллельными спинами электрона

ипозитрона), может распадаться лишь на нечетное число фотонов

[160].При трехфотонной аннигиляции образуются фотоны с непре­ рывным энергетическим спектром [159, 161]. Это обстоятельство приводит к уменьшению эффективности генерации линейчатого у- излучения.

Линия двухфотонной аннигиляции имеет конечную ширину, обу­ словленную допплеровским смещением из-за движения позитрония. Характерная ширина линии

где Eps = 6,8 эв — энергия связи позитрония.

103

Сп и с о к л и т е р а т у р ы

1.Ginzburg V. L . Elementary processes of cosmic ray astrophysics. In: Hautes

11.Гинзбург В. Л. «Докл. АН СССР», 1951, 76, с. 377.

12.Гетманцев Г. Г. «Докл. АН СССР, 1952, 83, с. 557.

13.Шкловский И. С. «Докл. АН СССР», 1953, 90, с. 983.

18.Гинзбург В. Л., Сазонов В. Н., Сыроватский С. И. «Успехи физ. наук», 1968, 94, с. 63.

p.297.

23. Woltjer L . B u l l . Astron. Neth., 1958, 14, p. 39.

24.Бекефи Дж. Радиационные процессы в плазме. Пер. с англ. М., «Мир»,

1971, с. 216.

32.Westfold К- С Astrophys. J., 1959, 130, p. 241.

33.Трубников Б. А. В сб.: Физика плазмы и проблема управления термоядер­

35.Takakura Т. Publ. Astron. Soc. Japan, 1960, 12, p. 352.

36.Kawabata K- Publ. Astron. Soc. Japan, 1964, 16, p. 30.

40.Schwinger J . Phys. Rev., 1949, 75, p. 1212.

41.Гарибян Г. M., Гольдман И. И. «Изв. АН АрмССР», 1954, 7, с. 31.

42.Берестецкий В. Б., Лифшиц Е. М., Питаевский Л. П. Релятивистская квантовая механика. Ч . 1. М., «Наука», 1968.

43.Sturrock P. A. Astrophys. J., 1971, 164, p. 529.

44. Соколов А. А., Клепиков Н. П., Тернов И. М. «Ж- эксперим. и теор. физ.»,

'1952, 23, с. 632.

45.Клепиков Н. П. «Ж- эксперим. и теор. физ.», 1954, 26, с. 19.

104

52.Корчак А. А., Терлецкий Я. П. «Ж- эксперим. и теор. физ.», 1952, 22, с. 507.

53.Корчак А. А. «Астрон. ж.,» 1957, 34, с. 365.

54.Сыроватский С. И. «Астрон. ж.», 1959, 36, с. 17.

55.Кокс А. Н. В сб.: Внутреннее строение звезд. Пер. с англ. М., «Мир», 1970, с. 101.

56.Neugebauer М. е. a. Astrophys. J., 1969, 155, p. 1.

57.Шакура Н. И. «Астрон. ж.», 1972, 49, с. 652.

58.Илларионов А. Ф., Сюняев Р. А. «Астрон. ж.», 1972, 49, с. 58.

67.Rees M. J . , 1967, 137, p. 429.

68.Лонгейр M. С , Сюняев P. А. «Письма ЖЭТФ», 1969, 10, с. 56.

74.Felten J . E . , Morrison P. Astrophys. J., 1966, 146, p. 686.

75.Розенталь И. Л., Шукалов И. Б. «Письма ЖЭТФ», 1969, 9, с. 312.

76.Гнедин Ю. Н., Долгинов А. 3. «Письма ЖЭТФ», 1970, 12, с. 383.

77.Brecher К., Morrison P. Phys. Rev. Lett., 1969, 23, p. 802.

78.Гнедин Ю. Н., Долгинов А. 3. «Письма ЖЭТФ», 1970, 11, с. 534.

83.Donahue Т. M. Phys. Rev., 1951, 84, p. 972.

84.Гинзбург В. Л., Озерной Л. М., Сыроватский С. И. «Докл. АН СССР»,

1964, 154, с. 557.

85. Woltjer L. Astrophys. J., 1966, 146, p. 597.

86.Бете Г., Ашкин Дж. В сб.: Экспериментальная ядерная физика. Под ред. Э. Сегре. Пер. с англ. Т. 1. М., Изд-во иностр. лит., 1955.

87.Nelms А. Т. NBS Circular № 542, 1953.

88.Дэвиссон К. В сб.: Бета - и гамма-спектроскопия. Под ред. К. Зигбана. Пер. с англ. М., Физматгиз, 1959, с. 3.

89.Комптон А., Аллисон С. Рентгеновские лучи. Теория и эксперимент. Пер. с англ. М., Гостехиздат, 1941.

90.Курносова Л. В. «Успехи физ. наук», 1954, 52, с. 603.

91. Гинзбург В. Л., Сыроватский С. И. «Ж- эксперим. и теор. физ.», 1964, 46, с. 1865.

92.Гинзбург В. Л., Сыроватский С. И. «Успехи физ. наук», 1964, 84, с. 201.

93.Гинзбург В. Л., Сыроватский С. И. «Успехи физ. наук», 1966, 88, с. 485.

94.Hayakawa S. е. a. Progr. Theor. Phys. Suppl., 1964, 30, p. 153

105

97.Baylis W. E. e. a. Zs. fur Astrophys., 1967, 66, p. 271.

98.Angel J. P. R. Astrophys. J., 1969, 158, p. 219.

99.Klein 0., Nishina J. Zs. fur Phys., 1929, 52, p. 853.

100.Tamm I. E. Zs. fur Phys., 1930, 62, p. 545.

101.Шкловский И. С. «Астрой, циркуляр АН СССР», 1967, № 364.

102.Gaunt J. A. Phil. Trans. Roy. Soc, 1930, A229, p. 163.

103.Зоммерфельд А. Строение атома и спектры. Пер. с нем. М., Гостехиздат, 1956.

104.Greene J. Astrophys. J., 1959, 130, p. 693.

105.Karzas W. J., Latter R. Astrophys. J. Suppl., 1961, 6, p. 167.

106.Brussard P. J., Van de Hulst H . C. Rev. Mod. Phys., 1962, 34, p. 507.

107.Ахиезер А. И., Берестецкий В. Б. Квантовая электродинамика. М., «Наука», 1969.

108.Koch Н. W., Motz J. W. Rev. Mod. Phys., 1961, 31, p. 920.

109.Корчак А. А. «Докл. АН СССР», 1967, 173, с. 291.

110. EIwertG. Proc. I A U Symposium, 1968, 35, p. 444.

111.Tindo I. P. e. a. Solar. Phys., 1970, 14, p. 204.

112.Korchak A. A. Solar Phys., 1971, 18, p. 284.

113.Разин В. А. «Изв. вузов. Радиофизика», 1960, 3, с. 584.

114.Le Roux Е. Ann. d'Astrophys., 1960, 24, p. 71.

115. Pauliny-Toth I . I . K., Kellermann К- I. Astrophys. J. Lett., 1968, 152,

p.L169.

116.Бербидж Дж., Бербидж M . Квазары. Пер. с англ. М., «Мир», 1968.

117.Гинзбург В. Л., Железняков В. В., Зайцев В. В. «Успехи физ. наук», 1969, 98, с. 201.

118.Lerchel. Astrophys. J., 1970, 159, p. 229.

119.Lerche I. Astrophys. J., 1970, 160, p. 1003.

120.Pacini F., Rees M . J. Nature, 1970, 226, p. 619.

121.Железняков В. В. «Ж- эксперим. и теор. физ.», 1966, 51, с. 570.

122.Железняков В. В. «Астрон. ж.», 1967, 44, с. 42. -

123.Heyvaerts М. J. Ann. d'Astrophys., 1968, 31, p. 129.

124.Компанеец А. С. «Ж- эксперим. и теор. физ.», 1956, 31, с. 876.

125.Weymann R. Phys. Fluids, 1965, 8, p. 2112.

128.Сюняев P. А. «Астрон. ж.», 1971, 48, с. 244.

129.Каплан С. А., Цытович В. Н. Плазменная астрофизика. М., «Наука», 1972.

130.Цытович В. Н. Теория турбулентной плазмы. М., Атомиздат, 1971.

131.Арутюнян Ф. Р., Туманян В. А. «Успехи физ. наук», 1964, 84, с. 3.

132.BreitG., Wheeler J. A. Phys. Rev., 1934, 45, p. 134 (A).

133.Зацепин Г. Т. «Докл. АН СССР», 1951, 80, с. 577.

134.Березинский В. С. «Ядерная физика», 1970, 11, с. 399.

135.Jones F. С. Phys. Rev., 1968, 167, p. 1159.

136. Bonometto S., Cazzola P., Saggion A. Astron and Astrophys, 1970, 7, p. 292.

137.Гольдман И. И., Хозе В. И. «Ж- эксперим. и теор. физ.», 1969, 57, с. 918.

138.Haug Е. Zs. Naturforsch., 1968, 23а, р . 1295.

139.BlumenthalG. R. Phys. Rev., 1971, D3, p. 2308.

140.Hayakawa S. Progr. Theor. Phys. 1966, 37, p. 594.

141. Прилуцкий О. Ф., Розенталь И. Л . «Изв. АН СССР. Сер. физ.», 1969, 33, с. 1776.

Is42. Bonometto S. A. Nuovo cimento, 1970, 1, p. 677.

143.Bonometto S. A., Lucchin F. Nuovo cimento, 1971, 2, p. 1299.

144.Никишов А. И. «Ж- эксперим. и теор. физ.», 1961, 41, с. 549.

146.Jelley J. V. Phys. Rev. Lett., 1966, 16, p. 479.

147.Gould R. J., Schreder J. P. Phys. Rev., 1967, 155, p. 1404.

148.Gould R. J., Schreder J. P. Phys. Rev. Lett., 1966, 16, p. 252.

149.Gorenstein P. e. a. Astrophys. J., 1970,160, p. 199.

106