Читаем Курс теоретической астрофизики полностью

Если электронная концентрация в туманности не является малой, то на населённости метастабильных уровней влияют удары второго рода. В этом случае отношение интенсивностей линий 𝙽₁+𝙽₂ и λ 4363 Å будет определяться формулой (25.18). Пользуясь формулами (25.10) и (25.11), а также табл. 36 и 37, вместо формулы (25.18) приближённо получаем

𝐸𝙽₁+𝙽₂

𝐸λ₄₃₆₃

=

0,0753

exp

33000

𝑇𝑒

×

×

1 + 2,67⋅10⁵

√𝑇𝑒

𝑛𝑒

1 + 2300

√𝑇𝑒

𝑛𝑒

.

(25.23)

Как и следовало ожидать, при малых электронных концентрациях (приблизительно при 𝑛𝑒<10⁵ см⁻³, если 𝑇𝑒 порядка 10⁴ кельвинов) формула (25.23) переходит в формулу (25.22). С увеличением 𝑛𝑒 роль ударов второго рода возрастает и отношение интенсивностей линий становится зависящим не только от 𝑇𝑒, но и от 𝑛𝑒. Однако при больших значениях 𝑛𝑒 (примерно при 𝑛𝑒>10⁷ см⁻³) отношение интенсивностей линий опять зависит только от 𝑇𝑒 и определяется формулой

𝐸𝙽₁+𝙽₂

𝐸λ₄₃₆₃

=

0,0753

exp

33000

𝑇𝑒

.

(25.24)

Эта формула может быть также получена непосредственно из формулы (25.19) при подстановке в неё численных значений параметров. В данном случае переходы под действием столкновений происходят чаще спонтанных переходов и распределение атомов по уровням является больцмановским.

Для определения электронной температуры туманности по отношению интенсивностей запрещённых линий можно использовать не только ион 𝙾 III, но и другие ионы. В частности, к ним относится ион 𝙽 II, обладающий двумя метастабильными состояниями, из которых испускаются линия λ 5755 Å и дублет λ 6548 и λ 6584 Å. Применяя формулу (25.18) к иону 𝙽 II, получаем

𝐸λ₆₅₆₀

𝐸λ₅₇₅₅

=

0,0162

exp

25000

𝑇𝑒

1 + 1,94⋅10⁵

√𝑇𝑒

𝑛𝑒

1 + 320

√𝑇𝑒

𝑛𝑒

.

(25.25)

При малых и больших значениях 𝑛𝑒 при помощи этой формулы может быть найдена температура 𝑇𝑒 без знания 𝑛𝑒.

В случае промежуточных значений 𝑛𝑒 (когда удары второго рода влияют на населённости метастабильных уровней, но больцмановское распределение атомов по уровням ещё не установилось) отношение интенсивностей запрещённых линий зависит не только от 𝑇𝑒, но и от 𝑛𝑒. В этом случае путём одновременного использования формул (25.23) и (25.25) можно пытаться определить как электронную температуру, так и электронную концентрацию. Однако этот способ нахождения 𝑇𝑒 и 𝑛𝑒 может применяться сравнительно редко, так как в большинстве туманностей электронная концентрация мала (как было выяснено в §24, 𝑛𝑒≈10³-10⁴ см⁻³).

Более удобно определять электронную концентрацию в туманностях по отношению интенсивностей линий λ 3726 и λ 3729 Å, принадлежащих иону 𝙾 II. Если исходные уровни этих линий рассматривать в качестве состояний 2 и 3, то отношение интенсивностей линий будет даваться формулой, аналогичной формуле (25.18) (с заменой ν₂₃𝐴₃₂ на ν₁₃𝐴₃₁). При подстановке в эту формулу числовых значений параметров получаем

𝐸λ₃₇₂₉

𝐸λ₃₇₂₆

=

0,35

1 + 1,43

√𝑇𝑒

𝑛𝑒

1 + 10

√𝑇𝑒

𝑛𝑒

.

(25.26)

Мы видим, что в формулу (25.26) не входит содержащий температуру экспоненциальный член, который характерен для формул (25.23) и (25.25). Объясняется это близостью друг к другу состояний 2 и 3, вследствие чего ℎν₂₃≪𝑘𝑇𝑒. При помощи формулы (25.26) электронная концентрация может определяться без точного знания электронной температуры. Однако формула (25.26) справедлива лишь при сравнительно низких температурах. При более высоких температурах надо также учитывать два выше расположенных уровня, т.е. рассматривать атом, обладающий пятью уровнями энергии. Определение электронных концентраций этим способом производили Ситон и Остерброк.

Интересно отметить, что электронная концентрация, получаемая по отношению интенсивностей запрещённых линий, не зависит от расстояния до туманностей. В то же время электронная концентрация, определяемая по интенсивностям бальмеровских линий, т.е. по формуле (24.15), от этого расстояния зависит. Поэтому представляется возможность находить расстояния до туманностей путём сравнения электронных концентраций, определяемых указанными методами. Пока этот способ не даёт надёжных результатов, но его, по-видимому, можно усовершенствовать.

5. Химический состав туманностей.

По отношению интенсивностей линий в спектре туманности, принадлежащих разным атомам, можно определить относительное содержание этих атомов в туманности. Такие определения могут быть выполнены как по линиям, возникающим в результате столкновений, так и по линиям, имеющим рекомбинационное происхождение.

Пусть 𝐸₂₁ — количество энергии, излучаемое туманностью за 1 с в запрещённой линии, соответствующей переходу 2→1 данного атома. Эта величина может быть представлена в виде

𝐸₂₁

=

𝑛₂

𝐴₂₁

ℎν₁₂

𝑉

,

(25.27)

где 𝑛₂ — число атомов во втором состоянии в 1 см³ и 𝑉 — объём туманности, светящийся в рассматриваемой линии (как мы знаем из § 23, атомы в разных стадиях ионизации находятся в разных зонах туманности).

Перейти на страницу:

Похожие книги

100 великих научных открытий
100 великих научных открытий

Астрономия, физика, математика, химия, биология и медицина — 100 открытий, которые стали научными прорывами и изменили нашу жизнь. Патенты и изобретения — по-настоящему эпохальные научные перевороты. Величайшие медицинские открытия — пенициллин и инсулин, группы крови и резусфактор, ДНК и РНК. Фотосинтез, периодический закон химических элементов и другие биологические процессы. Открытия в физике — атмосферное давление, инфракрасное излучение и ультрафиолет. Астрономические знания о магнитном поле земли и законе всемирного тяготения, теории Большого взрыва и озоновых дырах. Математическая теорема Пифагора, неевклидова геометрия, иррациональные числа и другие самые невероятные научные открытия за всю историю человечества!

Дмитрий Самин , Коллектив авторов

Астрономия и Космос / Энциклопедии / Прочая научная литература / Образование и наука
Теория струн и скрытые измерения Вселенной
Теория струн и скрытые измерения Вселенной

Революционная теория струн утверждает, что мы живем в десятимерной Вселенной, но только четыре из этих измерений доступны человеческому восприятию. Если верить современным ученым, остальные шесть измерений свернуты в удивительную структуру, известную как многообразие Калаби-Яу. Легендарный математик Шинтан Яу, один из первооткрывателей этих поразительных пространств, утверждает, что геометрия не только является основой теории струн, но и лежит в самой природе нашей Вселенной.Читая эту книгу, вы вместе с авторами повторите захватывающий путь научного открытия: от безумной идеи до завершенной теории. Вас ждет увлекательное исследование, удивительное путешествие в скрытые измерения, определяющие то, что мы называем Вселенной, как в большом, так и в малом масштабе.

Стив Надис , Шинтан Яу , Яу Шинтан

Астрономия и Космос / Научная литература / Технические науки / Образование и наука