18.2. РАДИОИЗЛУЧЕНИЕ ГАЛАКТИКИ

Радиоизлучение Галактики было обнаружено еще в 30-е годы на заре развития радиоастрономии. Наша Галактика является очень мощным радиоисточником. На рис. 18.6 приведена радиокарта Галактики в галактических координатах. Четко выделяется «радиодиск», в целом похожий на оптический (рис.. 15.2). Также видны вытягивающиеся из диска различные «петли», в частности известная петля на долготе 30° простирается вплоть до северного полюса Галактики.

В начале 40-х годов уже было известно, что спектр радиоизлучения Галактики «нетепловой», в том смысле, что он не похож на спектры излучения горячих газовых облаков. Измерять спектры таких протяженных объектов очень сложно, поскольку необходимо с большой точностью знать диаграмму направленности радиотелескопа даже в стороне от направления, в котором ведутся наблюдения.

Спектр галактического радиоизлучения вблизи нас показан на рис. 18.7. На низких частотах, меньше, чем примерно спектр имеет вид Эти наблюдения проводились с помощью геометрически подобных антенн, так что диаграммы направленности совпадали на разных частотах. Выше примерно спектр становится круче, т. е. в интервале имеется «излом». На высоких частотах спектральный индекс равен примерно 0,8 — 0,9.

Интересно сравнить этот спектр со спектром электронов космических лучей, наблюдаемых в верхних слоях атмосферы (рис. 18.8).

(кликните для просмотра скана)

Рис. 18.7. Спектр радиоизлучения Галактики. I — излучение высокоширотных областей в направлении на антицентр, II — излучение спиральных рукавов [16].

Рассмотрим сначала область высоких энергий, Мы имеем дело с электронами, поэтому таким энергиям соответствует Видно, что примерно от и до спектр электронов близок к степенному, причем спектральный индекс равен Это замечательно, ведь спектральный индекс радиоизлучения этих электронов великолепно согласуется с высокочастотными измерениями радиоспектра Галактики. Энергии, для которых должна быть существенной солнечная модуляция, значительно ниже рассматриваемых, поэтому можно с достаточной уверенностью считать, что спектр релятивистских электронов в верхних слоях атмосферы соответствует спектру электронов, заполняющих диск Галактики.

К сожалению, одних этих данных недостаточно, чтобы определить среднюю напряженность магнитного поля, поскольку из сравнения спектров радиоизлучения и космических лучей мы находим лишь комбинацию а отдельно и напряженность поля, и константу х получить нельзя. Некоторую надежду на определение каждой из этих величин в отдельности дает существование излома в спектре радиоизлучения, ведь такой же излом есть в спектре электронов вблизи (рис. 18.8). Многие авторы считают, что эти изломы связаны, а тогда по ним можно определить напряженность магнитного поля в Галактике:

(кликните для просмотра скана)

где частота излома. Очевидно, метод будет точнее, если сопоставить наблюдаемый спектр радиоизлучения Галактики и спектр, получаемый сверткой синхротронной излучательной способности со спектром электронов. К сожалению, такой расчет произвести нельзя, поскольку спектр электронов в верхних слоях атмосферы сильно искажен солнечной модуляцией. Она существенна для частиц с жесткостью порядка а для ультрарелятивистских частиц как раз соответствует Поэтому электроны в области излома должны были подвергнуться сильному воздействию в межпланетной среде и точная форма исходного спектра вблизи известна плохо.

Очень обидно, что солнечная модуляция мешает как раз там, откуда можно было бы извлечь информацию о напряженности магнитного поля Галактики. Зато если бы удалось измерить напряженность каким-либо другим способом, то по наблюдаемому спектру галактического радиоизлучения можно было бы определить спектр электронов в межзвездном пространстве и, таким образом, прямо оценить амплитуду солнечной модуляции. Это один из лучших способов исследования солнечной модуляции.

Есть другая возможность определения напряженности магнитного поля. Зная спектр электронов космических лучей (рис. 18.8), нетрудно рассчитать абсолютную излучательную способность единицы объема как функцию напряженности поля и сравнить ее с радиоизлучением Галактики. Локальную излучательную способность можно оценить с точностью до фактора 2, причем найденное таким образом значение В близко к что значительно превышает значения полученные по измерениям фарадеевского вращения. Это расхождение известно давно, однако до сих пор общепринятого объяснения ему нет. Галактическое магнитное поле кажется довольно однородным в окрестности Солнца, поэтому маловероятно, чтобы измерения давали заниженную оценку вследствие обращений знака поля вдоль луча зрения. Простейшее объяснение состоит в том, что поток электронов космических лучей в окрестности Солнечной системы ниже, чем в среднем в Галактике.

Галактическое радиоизлучение сильно поляризовано, и раз уж разговор зашел о фарадеевском вращении, отметим, что по ориентации плоскости поляризации можно судить о структуре локального магнитного поля. Меры вращения поляризованного излучения Галактики меньше, чем внегалактических источников и пульсаров в той же области неба. Это значит, что основная часть поляризованного излучения генерируется совсем близко к Солнцу в области размером Поэтому поляризация галактического радиоизлучения не обязательно несет информацию о крупномасштабном распределении магнитного поля в Галактике, хотя наблюдения и согласуются с картиной, описанной в п. 17.5.5.