Матеріали для Нової української школи 1 клас - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

ПОЗАГАЛАКТИЧНА АСТРОНОМІЯ - ЮРІЙ КУДРЯ 2016

РОЗДІЛ 1

МОЛОЧНИЙ ШЛЯХ

1.4. Сучасні дані про структуру і фізичні властивості Молочного Шляху

1.4.6. Космічні промені

Електромагнітне випромінювання надає найважливішу інформацію про фізичні властивості небесних об’єктів і Всесвіту в цілому. Однією з компонент випромінювання є космічні промені — високоенергетичні ядра атомів і елементарні частинки космічного походження, кінетична енергія яких перевищує 100 МеВ (108 еВ). До їх складу входять електрони, протони (ядра атомів водню) та ядра важчих хімічних елементів (гелію, вуглецю, азоту, кисню та ін.), кількісний розподіл яких приблизно такий самий, як і у хімічних елементів у атмосферах зір.

Космічні промені із міжзоряного простору постійно бомбардують Землю, підсилюючись за рахунок частинок, що утворюються під час спалахів на Сонці. При цьому сонячні космічні промені мають енергію, не більшу ніж 10 ГеВ (1010 еВ), а енергія космічних променів, які надходять із Галактики або міжгалактичного простору, набагато більша (1020еВ). Галактичні космічні промені під час руху в міжзоряному магнітному полі змінюють свій початковий напрямок польоту і бомбардують Землю з усіх напрямків однаково — саме це унеможливлює встановлення джерела галактичних космічних променів. Вважається, що їхніми прискорювачами в Галактиці є пульсари — подвійні тісні зоряні системи з компактними об’єктами, спалахи наднових зір та інші об’єкти, в яких відбуваються активні процеси, що сприяють сильному зростанню енергії частинок космічних променів.

Для порівняння, енергії, до яких розганяються частинки в наземних прискорювачах, такі: на Теватроні (протон-антипротонний колайдер Національної прискорювальної лабораторії ім. Е. Фермі, США) максимальна енергія становила 1 ТеВ (завершив роботу в 2011 році); у 2000 році на Великому електрон-позитронному колайдері (LEP; ЦЕРН, Швейцарія) досягли енергії 209 ГеВ; прискорювач демонтували, і в тому самому тунелі побудували Великий адронний колайдер (LHC), спроможний прискорювати частинки до 14 ТеВ (14 · 1012 еВ). Отримати такі енергії для бомбардування елементарних частинок і дослідження їхньої внутрішньої структури в наземних лабораторіях неможливо. Саме тому космічні промені цікавлять фізиків і астрофізиків.

Енергетичний спектр космічних променів добре описується степеневим законом, а саме: потік частинок S з енергією, більшою ніж Е, можна апроксимувати як S(>E) ∞ E-q (q ≈ 1,7), при цьому за енергій понад 1018 еВ у вимірюваннях спектра мають місце істотні похибки за рахунок зменшення потоку (до декількох частинок) при зростанні енергії космічних променів.

Найімовірнішим джерелом прискорення космічних променів з енергіями ~1015 еВ і нижче є залишки наднових зір, ударні хвилі від яких здатні надавати частинкам швидкості до 10 000 км/c, — високоенергетичні електрони спостерігаються безпосередньо в синхротронному випромінюванні від залишків наднових. Магнітне поле Галактики не тільки змінює початкові траєкторії космічних променів, його силові лінії створюють своєрідну пастку для них — частинки космічних променів не залишають Галактику, пронизуючи її, а накопичуються упродовж десятків мільйонів років перед тим як дифундувати у міжзоряному середовищі. Джерела прискорювачів частинок до енергій 1015—1018 еВ, ймовірно, знаходяться всередині нашої Галактики, оскільки магнітне поле може їх утримувати.

Джерела космічних променів з енергіями понад 1018 еВ, найімовірніше, мають позагалактичне походження. Радіус Лермора —радіус гвинтового шляху частинок у магнітному полі Галактики — набагато перевищує радіус Галактики, тобто її магнітне поле не може «заплутати» траєкторію їхнього руху. Можливим джерелом прискорення частинок з такими енергіями можуть бути активні ядра галактик.

Найзагадковішим є джерело прискорення для наденергетичних частинок (Е > 1019 еВ), енергія яких настільки велика, що ці частинки космічних променів можуть взаємодіяти з мікрохвильовим реліктовим випромінюванням, породжуючи різноманітні елементарні частинки, зокрема піони, і втрачаючи енергію в цих ядерних реакціях (вважається, що довжина шляху для їхнього випромінювання у Всесвіті становить не більше ніж 10 Мпк, після чого вони втрачають енергію). Іншими словами, джерела їхнього прискорення повинні знаходитися в близькому околі Галактики, можливо, серед галактик з активними ядрами. Але, як уже зазначалося, кількість таких частинок дуже мала, і надійно знайти саме ті активні ядра галактик, які прискорюють ці частинки, поки що неможливо.

Просторовий розподіл космічних променів у Галактиці можна проаналізувати за допомогою кількісного аналізу розподілу гамма-випромінювання. Енергія, яка звільняється під час взаємодії частинок цього випромінювання з ядрами хімічних елементів у міжзоряному просторі, стає компонентою неперервного випромінювання. Спектр цього випромінювання також добре описується степеневим законом, а саме: потік можна апрокси- мувати як Sv ∞ να, де α ≈ 2. Окрім неперервного спектра спостерігають емісійні лінії гамма-випромінювання на енергіях близько 10 МеВ. Емісійна лінія гамма-випромінювання, яка є найвідомішою і яку виявили найпершою, — це лінія радіоактивного розпаду ядра алюмінію Al26, час життя якого становить приблизно 1 млн років. Зважаючи на досить невеликий час життя ядер алюмінію та інших радіоактивних ядер, від яких спостерігаються емісійні лінії в гамма-діапазоні, та на зосередженість емісійного випромінювання переважно в диску Молочного Шляху, можна стверджувати, що його джерелом є спалахи наднових зір та молоді зорі, зоряний вітер яких виносить частинки цього випромінювання у міжзоряний простір Галактики.

У 1970-х роках була відкрита емісійна лінія, яка відповідає анігіляції електрона і позитрона з народженням двох фотонів, — 511 кеВ. Деталі цієї лінії, яка спостерігається як у диску, так і балджі Галактики, були проаналізовані в космічній обсерваторії INTEGRAL з роздільною здатністю близько 3°, яка недостатня для отримання висновку про джерело цієї лінії (молоді зорі диска чи старе населення балджу). Оскільки радіоактивний розпад ядер, лінії від якого спостерігаються в гамма-діапазоні, у 85 % супроводжується народженням позитрона, можна припустити таке: якщо анігіляція позитрона відбувається близько до місця його народження, то джерела анігіляційної лінії знаходяться в диску Галактики. Проте єдиного висновку щодо джерел цієї лінії в балджі Галактики поки що не отримано; ймовірними кандидатами можуть бути маломасивні рентгенівські подвійні зорі або наднові зорі типу SN Ia.









загрузка...

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами. Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посилання на сайт, будьте вдячними ми затратили багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2008-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.