Рентгеновская астрономия

Обсерватория Chandra

Рентгеновская астрономия — раздел астрономии, исследующий космические объекты по их рентгеновскому излучению. Под рентгеновским излучением обычно понимают электромагнитные волны в диапазоне энергии от 0,1 до 100 кэВ (от 100 до 0,1 Å). Энергия рентгеновских фотонов гораздо больше, нежели оптических, поэтому в рентгеновском диапазоне излучает вещество, нагретое до чрезвычайно высоких температур. Источниками рентгеновского излучения являются чёрные дыры, нейтронные звезды, квазары и другие экзотические объекты, представляющие большой интерес для астрофизики. Основным инструментом исследования является рентгеновский телескоп.

Содержание

История

Механизмы генерации рентгеновского излучения

Тепловой

Тепловой механизм связан со способность всех нагретых тел излучать электромагнитные волны за счет теплового движения частиц излучающего тела. Спектр теплового излучения описывается формулой Планка. В принципе все тела, имеющие ненулевую температуру, могут излучать на любых длинах волн. Однако в спектре теплового излучения есть максимум, его положение зависит от температуры тела и описывается законом смещения Вина. Так тела, нагретые до комнатных температур (300 К), излучают преимущественно в ИК-диапазоне, Солнце и звезды (6000 К) — в видимом диапазоне, а газ с температурой в несколько миллионов Кельвин — в рентгене. Такую температуру имеют огромные разреженные облака коронального газа, находящиеся в межзвездном пространстве, а также газ во внутренних частях аккреционных дисков тесных двойных систем или активных ядер галактик.

Циклотронный

Циклотронное излучение — это один из видов нетеплового излучения. Оно генерируется электронами, вращающимися вокруг силовых линий магнитного поля. Частота излучения равна ларморовской частоте электрона и пропорциональна напряженности магнитного поля. В случае очень сильных магнитных полей ~ 1012-1014Гс циклотронное излучение попадает в рентгеновский диапазон[1]. Такие магнитные поля реализуются в пульсарах.

Синхротронный

Также, как и циклотронный механизм, является нетепловым. Синхротронное излучение тоже генерируется электронами в магнитных полях, но в данном случае электроны имеют релятивистские скорости. Энергия генерируемых фотонов зависит от энергии электронов и энергии магнитного поля. Часто встречаются случай, когда магнитные поля слабые (~ 10−4 Гс), а энергии электронов очень большие >1013 эВ. Таков механизм излучения плерионов.

Комптоновский

Комптоновское рассеяние — один из видов рассеяния фотонов на электронах, при котором электрон и фотон могут обмениваться энергией. Случай, когда быстрый электрон передаёт свою энергию фотону, называется обратным эффектом Комптона. В космическом пространстве всегда присутствуют фотоны реликтового фона, а также излучение звезд и пыли. Эти кванты могут получить энергию от релятивистских электронов и переводится из видимого и ИК диапазона в рентгеновский.

Источники излучения

Солнце

Солнце является самым ярким источником рентгеновского излучения для земного наблюдателя. Общий его поток от Солнца на границе земной атмосферы равен 0,1 эрг/(см2с)[2]. Однако Солнце излучает в рентгене всего одну миллионную долю всей своей энергии.

Рентгеновское излучение Солнца представлено двумя компонентами. Одна из них — это излучение солнечной короны. Солнечная корона представляет собой горячий разреженный газ солнечного ветра, истекающий с поверхности Солнца. Корона излучает непрерывный тепловой спектр, а также линии высокоионизированного железа[2]. Второй компонент — это излучение активных областей. На фотографиях Солнца в рентгеновских и ультрафиолетовых лучах они выглядят как яркие пятна. В активных областях магнитное поле многократно усилено, а также периодически происходят магнитные пересоединения. Магнитные пересоединения приводят к выбросу колоссального количества энергии, которая расходуется на ускорение заряженных частиц до релятивистских скоростей. Во время вспышек рентгеновское излучение Солнца усиливается[3].

Другие «нормальные» звезды также являются источниками рентгеновского излучения. Механизмы его возникновения аналогичны солнечным.

Аккрецирующая материя

Тесные двойные системы

Рентгеновские пульсары
Барстеры
Чёрные дыры

Активные ядра галактик

Плерионы (туманности пульсарного ветра)

Разреженный горячий газ

Инструменты

 
Непрозрачность земной атмосферы

Рентгеновские лучи быстро поглощаются земной атмосферой, и не доходят до земли. Поэтому все приёмники рентгеновского излучения приходится поднимать на высоты, где атмосфера заметно тоньше.

Ракеты

Аэростаты

Космические обсерватории

См. также

Примечания

Литература

Ссылки