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

в промежуточную составляющую; наиболее старые звезды — субкарлики, в том числе являющиеся членами шаровых скоплений и ядра Галактики, образуют галоили сферическую составляющую (последнюю иногда называют эллиптической). Кинематически звез­ ды плоской составляющей характеризуются минимальными хаоти­ ческими скоростями и обнаруживают сильную концентрацию к га­ лактической плоскости. У звезд сферической составляющей дис-

--25

10

сильно зависит от его плотности. Это связано с тем, что нагрев газа осуществляется не излучением звезд, а мягкими космическими лучами и метагалактическим рентгеновским излучением (см. гл. 6)*. При таком нагреве в результате тепловой неустойчивости нейтраль­ ный газ, согласно работе [7], может быть лишь в двух фазах: плот­

Последняя фаза реализуется в разреженном газе между спираль­

суясь с данными о частотном запаздывании импульсов от пульсаров

Магнитное поле и космические лучи в Галактике. Межзвездный газ пронизан магнитным полем, которое изучают несколькими спо­ собами: 1) по поляризации света звезд; 2) по зеемановскому рас­ щеплению линии к = 21 см, излучаемой межзвездным водородом; 3) по вращению плоскости поляризации дискретных источников радиоизлучения. Наблюдения показывают, что магнитное поле Галактики носит в основном упорядоченный характер и вытянуто вдоль спиральных рукавов. На систематическое поле наложены локальные отклонения, связанные, по-видимому, с хаотической составляющей движения межзвездных облаков. Средняя напря­ женность магнитного поля в диске Галактики — около 3• 10 6 э [5].

галактических космических лучей (более подробно см. монографию

рий в галактических магнитных полях. Для объяснения аномаль­ ного, по сравнению с межзвездным газом, химического состава космических лучей предполагают, что они в ходе диффузионного

12

Основные физические характеристики нашей Галактики при­ ведены ниже.

галактики, согласно классификации Хаббла, делятся на четыре основных типа: эллиптические Е, линзовидные 50, спиральные 5 и неправильные Ir. Среди ярких галактик (для которых эффекты

тимости, подобно сферической составляющей нашей Галактики.

13

типа в другой), а отражает различные начальные условия при обра­

ющий важную роль в звездообразовании (см. более подробно § 1.5). Распределение галактик в пространстве. В отличие от состав­ ляющих галактику звезд, лишь малая часть которых входит в состав обособленных групп (ассоциаций, рассеянных и шаровых скопле­ ний), сами галактики редко бывают изолированы в пространстве, а большей частью объединяются в скопления различной численности.

лаками, а также Туманностью Андромеды входит в так называемую

плотность в десятки тысяч раз превосходит среднюю («размазанную» по Метагалактике) пространственную плотность галактик, равную

типам населения галактики, образующих плоскую и сферическую составляющие (см. выше). В правильных скоплениях галактик доми­ нируют эллиптические галактики, а в неправильных скоплениях

14

необходимое для стационарного равновесия. Расхождение между названными массами колеблется от нескольких раз до нескольких десятков раз, хотя в ряде случаев его можно уменьшить в резуль­ тате учета проектирующихся на скопление посторонних галактик, учета неоднородного строения скопления и т. п.

Многочисленные попытки объяснить это расхождение сводятся

Предположение о нестационарности скоплений связывается ли­ бо с гипотезой о взрывном образовании галактик и скоплений [16] (см. также § 1.5), либо с потерей массы в результате гравитационно­ го излучения или взрывного выметания из скопления межгалакти­ ческого газа [17]. Первая гипотеза приводит к временам дезынтеграции групп и скоплений, нередко меньшим 2-Ю9 лет [15], что несовместимо с наличием в этих системах эллиптических галактик, возраст звезд в которых не менее 1010 лет. Кинетическая энергия движений, интерпретируемых как разлет, должна быть для скопле­ ний с М = 1О1 5 Л 40 порядка 1064 эрг, что намного превышает энер­ говыделение в объектах любых известных типов (см. § 1.2).

«Скрытая» масса, необходимая для реализации второй гипотезы, предполагается либо в виде далеко проэволюционировавших темных («мертвых») галактик [18], либо, что более вероятно, в виде межга­ лактического газа. Этот газ должен быть ионизован (верхний пре­ дел массы нейтрального водорода, допускаемой радионаблюдениями на 21 см [19], много меньше вириальной массы). Наблюдаемое рентгеновское излучение от скопления галактик Coma [20] совмес­ тимо с наличием там нужной вириальной массы облаков горячего ионизованного газа лишь в очень узком диапазоне параметров облаков [21].

Окончательное решение вопроса о причинах несоответствия вириальных и наблюдаемых масс вряд ли возможно без новых фак­ тических данных.

Расширение Метагалактики. В начале XX столетия было обна­ ружено, что у всех достаточно удаленных галактик спектральные линии обладают красным смещением z = ДАЛ, которое тем боль­ ше, чем больше расстояние до галактики. Хаббл, интерпретируя это

15

смещение допплер-эффектом и используя ярчайшие звезды галактик как индикаторы расстояний, показал, что скорость удаления га­ лактики линейно связана с расстоянием до нее:

где Н0 — постоянная Хаббла. Измерения красного смещения в ра­ диолинии нейтрального водорода Я = 21 см [22], показывающие независимость z от X в широком интервале частот — от радиодиа­ пазона до ультрафиолета, подтверждают допплеровскую интерпре­ тацию красных смещений спектров галактик.

Явление «разбегания» галактик, сопоставленное с ранее пред­ сказанной советским математиком Фридманом в рамках релятивист­ ской космологии нестационарностью Вселенной (см. § 1.4), стало рассматриваться как результат расширения Метагалактики. Аль­ тернативные объяснения красного смещения галактик (например, в результате взаимодействия квантов с межгалактическим вещест­ вом или спонтанного распада квантов) оказались полностью несо­ стоятельными [23].

В настоящее время для калибровки шкалы метагалактических расстояний используется около десяти различных методов [24], которые приводят к значению постоянной Хаббла в пределах нера­ венства

Последние данные [25], основанные на улучшенных корреля­ циях между периодами, светимостями и цветами пульсирующих переменных звезд в ближайших галактиках, дают

в § 1.4, а сейчас обсудим нестационарность и ее природу в дискрет­ ных метагалактических объектах.

§ 1.2.

НЕСТАЦИОНАРНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ГАЛАКТИКАХ

А . Н О Р М А Л Ь Н Ы Е Г А Л А К Т И К И

Нормальные галактики в целом являются стационарными обра­ зованиями. Этого нельзя сказать ни о многих типах звезд, входя­ щих в галактики, ни о галактических ядрах и их окрестностях. Протекающие в этих объектах нестационарные, часто взрывные про-

16

цессы сопровождаются генерацией релятивистских частиц и нетеп­ лового излучения, что представляет огромный интерес для астро­ физики высоких энергий.

Вспышки звезд. Все звезды обнаруживают ту или иную степень активности. На Солнце, являющемся прототипом большинства звезд Галактики, время от времени происходят хромосферные вспышки с энергией до 1033 эрг, которые становятся заметными источниками космических лучей и жесткого электромагнитного излучения [26]. Звезды, имеющие нерегулярные во времени и большие амплитуды изменения блеска, обычно объединяются общим названием «эруп­ тивные звезды» [27]. Энерговыделение при вспышках таких звезд заключено в пределах от 1029 эрг (локальные вспышки на поверх­ ности звезд-карликов) до 1051 эрг (глобальные вспышки сверхно­ вых звезд). Наиболее мощные — это вспышки новых и сверхновых звезд. Свойства таких звезд подробно рассмотрены в монографиях [27, 28] и суммированы в табл. 3. Вспышка звезды как новой не­ редко наблюдается повторно. Напротив, феномен сверхновой звез­ да претерпевает лишь однажды в ходе своей эволюции.

Результат вспышки сверхновой звезды (о механизме взрыва см. в монографии [29])—это два важных явления: взрывной сброс наружной части звезды и гравитационное сжатие ее центральной части.

Оболочка, выбрасываемая при взрыве сверхновой, длительное время служит источником мощного нетеплового излучения от ра­ диодиапазона до рентгеновского. Механизм этого излучения заклю­ чается в торможении релятивистских электронов в магнитном поле оболочки (см. гл. 2). Центральная же часть, претерпевшая сжатие, превращается в нейтронную звезду, обладающую сильным магнит­ ным полем и вращением и обнаруживаемую как источник быстропульсирующего радиоизлучения — пульсар.

Пульсары. Число галактических пульсаров (впервые открытых в 1967 г., спустя 30 лет после предсказания теоретиками сущест­ вования нейтронных звезд) превысило к концу 1973 г. 100. Пространственное распределение их в Галактике точно следует распределению остатков вспышек сверхновых I I типа и плоской звездной составляющей, в которой возникают молодые сверхновые. На основе частоты вспышек сверхновых I I типа (см. табл. 3) полное число пульсаров, существующих сейчас в Галактике, ожидается равным нескольким сотням миллионов, подавляющее большинство которых слишком слабы, чтобы быть наблюдаемыми.

Многообразие свойств пульсаров изложено в обзорах [30, 31], а теоретические представления содержатся в обзорах [32, 33]. К со­ жалению, вопросы, представляющие особый интерес для астрофи­ зики высоких энергий (процессы в нейтронной звезде, электродина­ мика ее внешних областей, ускорение частиц и механизмы излуче­ ния пульсара) все еще остаются проблематичными. Вместе с тем трудно сомневаться, что основные свойства пульсаров найдут объяснение в рамках представлений о наклонном ротаторе (рис. 3).

17

Характерные параметры нейтронной звезды-ротатора таковы: мас­

величина наблюдаемого замедления вращения при всех возможных механизмах трансформации энергии вращения: в непосредственное ускорение заряженных частиц, в вакуумное электромагнитное маг-

X(Q/10 сек-1 )4 (Я/106 см)6 sin2 % эрг/сек, (1.4)

согласно работе [34], способно уско­ рять, начиная с расстояний г — c/Q, эжектируемые частицы до энергий

частиц, черпаемая из энергии вращения, может достигать 1038 эрг/сек. Последующие магнитотормозные и комптоновские (см. гл. 2) по­ тери релятивистских электронов способны объяснить, согласно этой модели, существенные свойства излучения пульсаров.

Рентгеновские источники. Из примерно 60 известных галакти­ ческих рентгеновских источников, наблюдаемых в области энергий от 2 до 10 кэв, надежно отождествлено с объектами, видимыми оп­ тически, лишь около 20%. Среди отождествленных источников — остатки вспышек сверхновых звезд, тесные двойные звезды с перете­ канием вещества между компаньонами, рентгеновская Новая и звездные объекты невыясненной природы. Таким образом, дискрет­ ные рентгеновские источники в Галактике не представляют собой однородного класса источников. Рентгеновская светимость большин­ ства этих источников оценивается в 1036 эрг/сек, но некоторые имеют еще большую светимость, доходящую до 1038 эрг/сек. Чувствитель­ ность используемых рентгеновских телескопов позволяет видеть практически все галактические источники c L « 10se-=-1038 эрг/сек; полное число таких источников в Галактике едва ли превышает 100 [35]. В дальнейшем, возможно, будут открыты также более слабые объекты, но их число, судя по наблюдаемым угловым неоднородностям галактического рентгеновского фона, вряд ли велико.

19