§ 29. ФИЗИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ МЕЖЗВЕЗДНОГО ВЕЩЕСТВА В ГАЛАКТИКЕ

В предыдущих параграфах мы познакомились с различными видами межзвездного вещества в разных состояниях. Теперь нам остается рассмотреть некоторые общие вопросы взаимодействия межзвездного вещества с полем излучения и с магнитными полями, а также построить по возможности цельную картину его распределения и движения в Галактике.

ТЕМПЕРАТУРА ТЕЛА, ПОМЕЩЕННОГО В МЕЖЗВЕЗДНОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Какой-либо предмет, помещенный в межзвездном пространстве, по истечении некоторого времени примет температуру, соответствующую состоянию равновесия между приобретением энергии из окружающей среды и потерями ее.

Рассмотрим вначале некоторое тело, имеющее поверхность S и поперечное сечение s. Обозначим . Пусть поглощающая способность его определяется функцией а функция распределения энергии в падающем излучении есть Функцию излучения абсолютно черного тела обозначим через . Условие равновесия требует, чтобы соблюдалось равенство

Если облучающий источник есть звезда с температурой и радиусом R на расстоянии к, то можно положить

где — планковская функция (КПА 196), определяющая светимость 1 см2 поверхности абсолютно черного тела в пределах полусферы. Но средняя интенсивность излучения по диску составляет , а полная интенсивность звезды , так что на поперечного сечения нашего тела будет падать поток . Иначе это можно переписать так:

где мы воспользовались выражением (28.1) для геометрической дилюции излучения.

Таким образом, обозначая

мы сможем переписать условие (29.1) следующим образом:

так как для абсолютно черного излучателя . Если наше тело — также абсолютно черный излучатель, то оба интеграла в формуле (29.5) согласно закону Стефана — Больцмана сводятся к и соответственно. Для сферического шарика, кроме того, для других форм это равенство верно приближенно, но при условии, что тело не слишком пористо. Таким образом, и формула (29.5) даст нам температуру Т тела, облучаемого звездой с температурой :

Узко-селективный поглощатель, для которого , а для всех остальных длин волн , будет подчиняться условию

и если положить F согласно (29.2) планковской функцией, то

При низких температурах и коротких длинах волн можно воспользоваться тем, что и упростить эту формулу:

Температура Т будет тем ближе к чем меньше длина волны поглощаемая телом. Это понятно — оно будет усиленно поглощать в этой длине волны, а излучать будет мало, пока не нагреется достаточно сильно.

В межзвездном пространстве излучение приходит со всех сторон и притом самого различного спектрального состава. В частности, благодаря высокой светимости очень горячих звезд оно богато жесткими ультрафиолетовыми фотонами. Если взять среднюю плотность излучения в межзвездном пространстве где-нибудь в отдаленных окрестностях Солнца, скажем, на расстоянии 10—20 пк от него, не взирая на спектральный состав, то она окажется порядка . Приравняв это число плотности черного излучения при температуре Т, т. е.

    (29.10)

найдем значение Т от 3,4 до 1,9 К. Именно такую температуру приняла бы сферическая частица, обладающая свойствами абсолютно черного тела, если ее поместить вдали от звезд. Но реальные частицы весьма далеки от абсолютно черного излучателя и тогда для расчета их температуры необходимо принять во внимание распределение энергии в межзвездном излучении.

Таблица 16. Плотность а излучения в межзвездном пространстве в окрестностях Солнца, цветовая температура его и коэффициент дилюции W. Во второй колонке даны значения

Таблица 18 показывает плотность этого излучения в разных длинах волн , цветовую температуру его для разных спектральных участков и получающуюся отсюда дилюцию излучения. Соответствующий селективный поглотитель может принять довольно высокую температуру, тем более близкую к чем короче поглощаемые длины волн. В частности, неизбежно должно существовать различие температур газа и пыли в меоюзвездном пространстве. Газ излучает и тем самым теряет энергию (охлаждается) только при столкновениях и рекомбинациях, а пылинка излучает непрерывно. Поэтому температура межзвездной пыли ниже температуры межзвездного газа. Процесс поглощения излучения водородом за границей серии Лаймана, чисто селективный, ведет к повышению температуры газа, хотя, конечно, количественная сторона явления описывается иными формулами, нежели (29.8) и (29.9). Мы видели, что кинетическая температура областей НИ высока и значительно выше, чем в областях HI. Однако рассмотренный механизм недостаточен для определения температуры этих областей. Необходимо учесть все источники нагрева и охлаждения.