Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ В ГАЛАКТИКЕПодойдем теперь к проблеме космических лучей с другой стороны — будем рассматривать их как индикатор существования магнитных полей в Галактике. И изотропия космических лучей, и большие размеры галактической короны как источника нетеплового радиоизлучения указывают на очень далекое простирание магнитного поля Галактики от центра ее и на замкнутость этого поля, иначе частицы космических лучей быстро покинули бы Галактику и мы не наблюдали бы их до ближайшей очередной вспышки сверхновой. Космические частицы движутся по геликоидальным траекториям вдоль магнитных силовых линий Галактики. Часть их, конечно, может медленно диффундировать в метагалактическое пространство, именно те из них, которые обладают очень высокой энергией и могут преодолевать сопротивление магнитного поля, слабого на периферии Галактики. Потери через диффузию покрываются инжекцией их при вспышках сверхновых. Остается рассмотреть вопрос: каково происхождение магнитного поля Галактики? Одним из наиболее вероятных механизмов возникновения межзвездного магнитного поля является диффузионное разделение ионов и электронов. При образовании уплотнения в гало или при подъеме температуры электроны благодаря своим большим скоростям будут рассасываться быстрее, чем ионы. Дифференциация зарядов быстро затормозит этот процесс, но не полностью. Часть электронов вступит в вихревое движение по замкнутому контуру без образования объемного заряда. Возникает ток, первоначально очень слабый, возникает и слабое магнитное поле. Коль скоро магнитное поле возникло, оно может усиливаться до высокого уровня с помощью того же механизма, что и в динамомашинах, за счет энергии беспорядочных движений плазмы. Такие движения встречаются в газовых туманностях и в облаках — сгущениях, которые проявляют себя линиями поглощения CaII и NaII. Они достигают скоростей в несколько километров в секунду. Кроме того, сами облака движутся с индивидуальными неупорядоченными скоростями до 10 км/с. Как мы видели в § 2, из-за того, что магнитное поле вморожено в плазму, пока кинетическая энергия плазмы
магнитное поле начнет противодействовать движению плазмы, заставит ее двигаться только вдоль магнитных силовых линий (отвлекаясь от вращения частицы около силовой линии) такими движениями, которые будут распутывать поле, делать и его и движения ионизованного газа более упорядоченным; конечно, рост величины Н прекратится. Вследствие флуктуаций плотности вещества и скорости движения его местные значения напряженности магнитного поля в межзвездном пространстве могут подвергаться большим колебаниям. Мы уже делали такое допущение, когда говорили об инжекции электронов в магнитные поля во время вспышки сверхновой. О том же говорят направления вытянутости волокон у многих волокнистых туманностей — часто оно совпадает с направлением вектора поляризации окрестных звезд (Г. А. Шайн). У тех волокнистых туманностей, которые из-за наличия в них радиоизлучения можно рассматривать как остатки давних вспышек сверхновых (например, IС 443 в Близнецах или NGC 6960 в Лебеде, изображенной на рис. 160), хорошо заметна одинаковая ориентация волокон под большим углом к галактическому экватору. Волокна эти можно считать остатками оболочки сверхновой, выброшенными вместе с вмороженными в них местными магнитными полями. Среднее значение напряженности магнитного поля в Галактике, естественно, будет определяться формулой (29.12), и если мы примем значения Здесь возникает одна особенность. Мы говорили о беспорядочных движениях плазмы, а поляризация света звезд указывает на упорядоченность магнитных полей в Галактике. Как видно из рис. 164, направления преимущественных колебаний электрических векторов света звезд согласованы в областях неба, где луч зрения идет перпендикулярно к направлению спирали Млечного Пути, и они же совершенно рассогласованы, когда исследуемые звезды рассматриваются наблюдателем вдоль спирали. Мы истолковали это ранее как результат действия систематического магнитного поля в спиральном рукаве, направленном вдоль рукава, и нет оснований отказываться от этого объяснения сейчас. Более того, динамические соображения позволяют рассматривать это продольное магнитное поле как стабилизующее спиральную ветвь по отношению к боковому расширению или сжатию. Оказывается, для этого достаточна напряженность К сожалению, прямых доказательств существования однородного магнитного поля в Галактике мы не имеем. Можно искать это поле по эффекту Зеемана в линии 21 см водорода. У близких источников радиоизлучения эта линия наблюдается в поглощении и очень тонка. Зеемановское расщепление такой линии в продольном поле достигает нескольких десятков герц при напряженности в Такая величина обнаружена в радиоастрономическом варианте эксперимента, обнаруживающего магнитные поля на Солнце (§ 6), где используется противоположная круговая поляризация зеемановских компонент в продольном поле.
Рис. 164. Поляризация света звезд в двух областях Млечного Пути. Черточки указывают направление преимущественных колебаний электрического вектора световых колебаний, длина черточки пропорциональна степени поляризации. Вверху — область близ антицентра Галактики, где луч зрения идет поперек ветви спирали; внизу — область (в Лебеде), где луч зрения идет вдоль ветви спирали Соответствующие поляризационные наблюдения трех радиоисточников Прямые измерения магнитного поля в Солнечной системе, выполненные на космических ракетах, дали значения напряженности Но для нас важно поле не в плоскости Галактики, где расположены спиральные ветви, а вдали от галактического центра и плоскости — в галактической короне. Заметим прежде всего, что газ, находящийся около основной плоскости Галактики, будучи нагрет, расширяется, поднимается над этой плоскостью, стремясь к сферическому распределению. Причиной нагрева могут быть столкновения газопылевых облаков между собой, появление молодых горячих звезд. Поднявшиеся над основной плоскостью горячие массы охлаждаются и падают обратно к этой плоскости. Так могут появляться и некоторое время поддерживаться магнитные поля вне плоскости Галактики, но только вблизи нее. Но газовые частицы, находящиеся вне облаков и между спиральными ветвями, в очень разреженной среде должны противодействовать давлению более плотных газовых образований и магнитному давлению со стороны их полей. Частицы космических лучей в состоянии это сделать, так как их газовое давление на намагниченную среду, равное
где Е — плотность кинетической энергии, как раз имеет порядок Изложенная качественно картина галактических полей и поля космических лучей при количественном рассмотрении не лишена существенных недостатков. По-видимому, роль сферической составляющей космического радиоизлучения до недавнего времени переоценивалась и скорее всего галактическая корона не более протяженна, чем звездная составляющая Галактики. Высказывалось и такое мнение, что галактическая корона есть преходящее явление, остаточное явление грандиозного процесса бурного рождения релятивистских частиц, подобно тому, что наблюдается в современных радиогалактиках (см. § 31). Из-за ряда трудностей, альтернативно к гипотезе внутригалактического происхождения космических лучей, появилась гипотеза метагалактического их происхождения. В этой гипотезе магнитное поле Галактики не замкнуто на себя, а составляет часть более обширного магнитного поля, охватывающего Метагалактику или хотя бы ее Местную систему, т. е. скопление нескольких десятков галактик, включая и Галактику. Несравненно более грандиозные явления синхротронного радиоизлучения, наблюдаемые в радиогалактиках, сопровождают образование частиц сверхвысокой энергии, которые беспрепятственно достигают и проникают в Галактику и в окрестности Солнца.
|
1 |
Оглавление
|