Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Физика космических лучей
Часть 2. Ускорение космических частиц.
Москва, НИЯУ |
1 |
|
Ускорение космических частиц
oОсновные источники космических лучей.
oСверхновые и остатки сверхновых. Килоновые.
2
Возможные источники космических лучей
Открытие КЛ
Датой открытия космических лучей принято считать 1912 год, когда австрийский физик В. Гесс с помощью усовершенствованного электроскопа измерил скорость ионизации воздуха в зависимости от высоты. Оказалось, что с ростом высоты величина ионизации сначала уменьшается, а затем на высотах свыше 2 км начинает резко возрастать. На высоте 9 км ионизационный ток оказался в 10 раз большим, чем у поверхности Земли. Стало ясно, что ионизующее излучение направлено сверху вниз.
Термин «космические лучи», введенный Милликеном, обусловлен тем, что еще многие годы после открытия этого проникающего излучения оставалась неизвестной его природа.
Слева: семь полетов на воздушном шаре Гесса в 1912 году. Справа: ионизация, измеренная в 7-м высокогорном полете Гесса (1912) и в полете Колхёрстера в 1914 году (в среднем по двум его детекторам). Измеренная ионизация на поверхности Земли была вычтена.
3
Возможные источники КЛ
Определение КЛ
Назовем• космическими лучами частицы, заряженные и нейтральные, которые приходят к верхней границе атмосферы Земли из космического пространства и имеют энергию более 20 МэВ.
Нередко космическими лучами называют также самое жесткое γ-излучение с длиной волны короче см. Такие γ- кванты действительно ведут себя во многих отношениях подобно частицам.
Космические лучи классифицируются по месту их рождения: вне нашей Галактики, в Галактике, на Солнце, в межпланетном пространстве. Внегалактические и галактические космические лучи часто называют первичными.
4
Космические лучи во Вселенной
Классификация по источнику
В потоке заряженных космических лучей, измеряемом на орбите Земли, можно выделить следующие компоненты со своими химическими и энергетическими свойствами:
oВнегалактические космические лучи (ВГКЛ).
•Первичные, ускоренные в крупных активных объектах, например, в квазарах.
•Вторичные, образованные в реакциях ВГКЛ с межгалактической средой и фоновым ЭМИ.
•Аномальные, образованные «обдиркой» атомов в Галактике и ускорением на галактической головной ударной волне.
oГалактические космические лучи.
•Первичные, ускоренные в активных объектах, например, в сверхновых или микроквазарах.
•Вторичные, образованные в реакциях ГКЛ с межзвёздной средой.
•Аномальные, образованные «обдиркой» атомов в гелиосфере и ускорением на гелиосферной головной ударной волне.
oСолнечные космические лучи.
o Космические лучи в магнитном поле Земли (альбедо и захваченная компонента). |
5 |
Возможные источники КЛ
Интенсивность КЛ
Интенсивность космических лучей, определенная в результате многочисленных экспериментов, показана на рисунке. Это спектр всех частиц, включающий при данной кинетической энергии вклад частиц (ядер) всех сортов.
Особенности спектра космических лучей являются результатом действия трех факторов:
1)процесса ускорения частиц в астрофизических объектах, которые являются источниками космических лучей;
2)процесса распространения космических лучей в космической среде от источников до наблюдателя (т.е. до солнечной системы);
3)процесса распространения космических лучей в гелиосфере.
Интенсивность космических лучей как функция их кинетической энергии. Пунктирными линиями показана интенсивность, соответствующая эпохам минимума и максимума солнечной активности. Для трех значений энергии указаны величины
интегральной интенсивности космических лучей.
6
Структура дисковых спиральных галактик
Источники ГКЛ находятся в Галактике
Тонкий диск – толщина порядка 100 – 700 пк (парсек), масса примерно масс Солнца, радиус не менее 20 кпк (килопарсек); Толстый диск – шкала высот порядка 1 – 1.5 кпк, примерно масс Солнца; Балдж – несколько кпк, примерно масс Солнца;
Гало – сферическая подсистема, десятки кпк, примерно масс Солнца; Солнце – звезда диска, 8 кпк от центра Галактики, 10 пк над
плоскостью диска;
7
Структура дисковых спиральных галактик
Млечный путь
Источники космических лучей концентрируются к галактическому диску и в основном находятся в слое с полутолщиной пк.
Газ концентрируется в слое толщиной пк; распределение звезд зависит от их типа, но молодые и наиболее яркие звезды расположены, вообще говоря, там где много газа.
8
Эволюция звёзд
9
Возможные источники ГКЛ
Сверхновые – основной источник ГКЛ?
10