Читаем Курс теоретической астрофизики полностью

Оценка величины β₁₂ по приведённым формулам приводит к значениям, которые нужны для объяснения наблюдённого бальмеровского декремента. Определение бальмеровского декремента путём решения системы уравнений (28.18) и последующего применения формулы (28.26) производилось многими авторами. При этом в качестве механизма заселённости уровней принимались не только рекомбинации, но и столкновения.

4. Звёзды типа Be.

Как уже говорилось, для объяснения профилей линий в спектрах звёзд типа Be делается предположение, что эти звёзды быстро вращаются и из них происходит истечение вещества. Профили эмиссионных линий, возникающих в оболочке, выброшенной из вращающейся звезды, могут быть определены по формуле (28.6) при соответствующем поле скоростей в оболочке. Такие профили оказываются очень похожими на профили эмиссионных линий в спектрах звёзд типа Be. Наблюдаемые изменения профилей линий можно объяснить изменением мощности истечения вещества из звезды. При этом, в частности, играет роль изменение соотношения между прозрачной и непрозрачной частями оболочки.

Относительные интенсивности эмиссионных бальмеровских линий в спектрах звёзд типа Be обычно не согласуются с интенсивностями, вычисленными для случая туманностей. Однако они могут быть объяснены при помощи изложенной выше теории, в которой принимается во внимание непрозрачность оболочек и наличие в них градиента скорости. Непрозрачность оболочки имеет существенное значение для первых членов бальмеровской серии. Для высоких членов этой серии оболочки можно считать прозрачными.

По наблюдённым интенсивностям эмиссионных бальмеровских линий может быть определена концентрация атомов водорода в оболочке. Допустим для простоты, что оболочка прозрачна для линии, соответствующей переходу 𝑘→2. Тогда в формуле (28.26) можно считать, что β₂𝑘 и 𝑛𝑘=𝑧𝑘𝑛𝑒𝑛⁺, где 𝑧𝑘 находится из системы уравнений (28.17) (подробнее об этом см. § 24). В данном случае формула (28.26) принимает вид

𝐸

𝑘

=

𝐴

𝑘

ℎν₂

𝑘

𝑧

𝑘

𝑛

𝑒

𝑛⁺

𝑑𝑉

.

(28.30)

Примем, что атомы водорода в оболочке находятся преимущественно в ионизованном состоянии и плотность вещества убывает в ней обратно пропорционально квадрату расстояния от центра звезды (хотя последнее предположение и является грубым для оболочек звёзд типа Be). Тогда мы будем иметь

𝑛

𝑒

=

𝑛⁺

=

𝑛

𝑒

𝑟₀

𝑟

⎞²

,

(28.31)

где 𝑟₀ — радиус звезды и 𝑛𝑒⁰ — концентрация свободных электронов вблизи поверхности звезды. Теперь вместо формулы (28.30) получаем

𝐸

𝑘

=

𝐴

𝑘

ℎν₂

𝑘

𝑧

𝑘

𝑛

⁰²

𝑒

𝑟₀³

.

(28.32)

С другой стороны, энергия, излучаемая оболочкой в линии, может быть представлена в виде

𝐸

𝑘

=

8π²𝑟₀²

𝑊₂

𝑘

,

λ₂

𝑘

exp

ℎν₂

𝑘

-1

𝑘𝑇

(28.33)

где 𝑊₂𝑘 — эквивалентная ширина линии (выраженная в сантиметрах). Сравнивая две последние формулы, находим

𝑛

⁰²

𝑒

=

2π𝑐

𝑊₂

𝑘

.

𝑟₀𝐴

𝑘

₂𝑧

𝑘

λ₂

𝑘

exp

ℎν₂

𝑘

-1

𝑘𝑇

(28.34)

Формула (28.34) даёт возможность определить концентрацию свободных электронов (а значит, и протонов) в оболочке по измеренной эквивалентной ширине линии. После этого по ионизационной формуле (23.14) может быть найдена и концентрация нейтральных атомов водорода. Таким путём для ряда звёзд типа Be было получено в среднем 𝑛𝑒⁰≈10¹¹ см⁻³ и 𝑛₁⁰≈10⁵ см⁻³.

Звёзды типа Be отличаются от звёзд класса B не только присутствием ярких линий в их спектрах, но и некоторыми особенностями непрерывного спектра. Как показали наблюдения, звёзды типа Be с эмиссией в среднем краснее звёзд класса B без эмиссии. Кроме того, бальмеровский скачок у звёзд типа Be оказался меньше, чем у звёзд класса B. Очевидно, что указанные различия вызваны существованием оболочек у звёзд типа Be. В результате переработки высокочастотного излучения звезды в оболочке возникают не только кванты в линиях, но и кванты в непрерывном спектре.

Определение количества энергии, излучаемой звездой типа Be в непрерывном спектре, не составляет труда. Так как оболочка прозрачна в частотах непрерывного спектра (сквозь оболочку видна сама звезда), то энергия, излучаемая в частоте ν звездой Be, может быть представлена в виде суммы

𝐿

ν

=

𝐿

ν

+

𝐿

ν

об

,

(28.35)

где 𝐿ν⃰ — энергия, излучаемая самой звездой (без оболочки), а 𝐿νоб — энергия, излучаемая оболочкой. Очевидно, что

𝐿

ν

=

4π²𝑟₀²

2ℎν³

1

.

𝑐²

exp

ℎν

-1

𝑘𝑇

(28.36)

Для нахождения же величины 𝐿νоб мы должны воспользоваться выражением (26.6) для объёмного коэффициента излучения, обусловленного рекомбинациями и свободно-свободными переходами. Интегрируя это выражение по всем телесным углам и по всему объёму оболочки и используя при этом формулу (28.31), получаем

𝐿

ν

об

=

4π²𝑟₀²

𝑛

⁰²

𝑒

2⁷π³

(6π)³/²

𝑒⁶

𝑚²𝑐²

𝑚

𝑘𝑇𝑒

⎞½

×

×

1+2

χ₁

𝑘𝑇𝑒

𝑖=𝑗

1

𝑖³

exp

χ𝑖

𝑘𝑇𝑒

exp

-

ℎν

𝑘𝑇𝑒

.

(28.37)

Из приведённых формул следует, что с усилением истечения вещества из звезды должны наблюдаться следующие изменения:

1) видимый блеск звёзд должен возрасти;

2) спектрофотометрическая температура должна понизиться (так как спектрофотометрическая температура оболочки мала);

3) бальмеровский скачок должен уменьшиться (так как бальмеровский скачок оболочки отрицателен).

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