Рентгеновская астрономия

Обсерватория Chandra

Рентгеновская астрономия — раздел астрономии, исследующий космические объекты по их рентгеновскому излучению. Под рентгеновским излучением обычно понимают электромагнитные волны в диапазоне энергии от 0,1 до 100 кэВ (от 100 до 0,1 Å). Энергия рентгеновских фотонов гораздо больше, нежели оптических, поэтому в рентгеновском диапазоне излучает вещество, нагретое до чрезвычайно высоких температур. Источниками рентгеновского излучения являются чёрные дыры, нейтронные звезды, квазары и другие экзотические объекты, представляющие большой интерес для астрофизики. Основным инструментом исследования является рентгеновский телескоп.

Механизмы генерации рентгеновского излучения

Тепловой

Основная статья: Тепловое излучение

Тепловой механизм связан со способностью всех нагретых тел излучать электромагнитные волны за счёт теплового движения частиц излучающего тела. Спектр теплового излучения описывается формулой Планка. В принципе все тела, имеющие ненулевую температуру, могут излучать на любых длинах волн. Однако в спектре теплового излучения есть максимум, его положение зависит от температуры тела и описывается законом смещения Вина. Так тела, нагретые до комнатных температур (300 К), излучают преимущественно в ИК-диапазоне, Солнце и звезды (6000 К) — в видимом диапазоне, а газ с температурой в несколько миллионов Кельвин — в рентгене. Такую температуру имеют огромные разреженные облака коронального газа, находящиеся в межзвёздном пространстве, а также газ во внутренних частях аккреционных дисков тесных двойных систем или активных ядер галактик.

Циклотронный

Основная статья: Циклотронное излучение

Циклотронное излучение — это один из видов нетеплового излучения. Оно генерируется электронами, вращающимися вокруг силовых линий магнитного поля. Частота излучения равна ларморовской частоте электрона и пропорциональна напряжённости магнитного поля. В случае очень сильных магнитных полей ~ 10¹²−10¹⁴Гс циклотронное излучение попадает в рентгеновский диапазон. Такие магнитные поля реализуются в пульсарах.

Синхротронный

Основная статья: Синхротронное излучение

Также, как и циклотронный механизм, является нетепловым. Синхротронное излучение тоже генерируется электронами в магнитных полях, но в данном случае электроны имеют релятивистские скорости. Энергия генерируемых фотонов зависит от энергии электронов и энергии магнитного поля. Часто встречаются случай, когда магнитные поля слабые (~ 10⁻⁴ Гс), а энергии электронов очень большие >10¹³ эВ. Таков механизм излучения плерионов.

Комптоновский

Основная статья: Эффект Комптона

Комптоновское рассеяние — один из видов рассеяния фотонов на электронах, при котором электрон и фотон могут обмениваться энергией. Случай, когда быстрый электрон передаёт свою энергию фотону, называется обратным эффектом Комптона. В космическом пространстве всегда присутствуют фотоны реликтового фона, а также излучение звёзд и пыли. Эти кванты могут получить энергию от релятивистских электронов и переводится из видимого и ИК диапазона в рентгеновский.

Источники излучения

Солнце

Основная статья: Солнце

Солнце является самым ярким источником рентгеновского излучения для земного наблюдателя. Общий его поток от Солнца на границе земной атмосферы равен 0,1 эрг/(см²с). Однако Солнце излучает в рентгене всего одну миллионную долю всей своей энергии.

Рентгеновское излучение Солнца представлено двумя компонентами. Одна из них — это излучение солнечной короны. Солнечная корона представляет собой горячий разреженный газ солнечного ветра, истекающий с поверхности Солнца. Корона излучает непрерывный тепловой спектр, а также линии высокоионизированного железа. Второй компонент — это излучение активных областей. На фотографиях Солнца в рентгеновских и ультрафиолетовых лучах они выглядят как яркие пятна. В активных областях магнитное поле многократно усилено, а также периодически происходят магнитные пересоединения. Магнитные пересоединения приводят к выбросу колоссального количества энергии, которая расходуется на ускорение заряженных частиц до релятивистских скоростей. Во время вспышек рентгеновское излучение Солнца усиливается.

Другие «нормальные» звезды также являются источниками рентгеновского излучения. Механизмы его возникновения аналогичны солнечным.

Аккрецирующая материя

Основная статья: Аккреция

Тесные двойные системы

Рентгеновские пульсары

Основная статья: Рентгеновский пульсар

Барстеры

Основная статья: Барстер

Чёрные дыры

Основная статья: Чёрные дыры

Активные ядра галактик

Основная статья: Активные ядра галактик

Плерионы (туманности пульсарного ветра)

Основная статья: Плерион

Инструменты

Непрозрачность земной атмосферы

Рентгеновские лучи быстро поглощаются земной атмосферой, и не доходят до земли. Поэтому все приёмники рентгеновского излучения приходится поднимать на высоты, где атмосфера заметно тоньше.

Космические обсерватории

Основная статья: Рентгеновский телескоп

См. также

• Рентгеновский хребет Галактики
• Астрофизика
• Гамма-астрономия
• Ультрафиолетовая астрономия
• Радиоастрономия
• Астрофизическая гидродинамика

Литература

• Рентгеновская астрономия / Курт В. Г. // Физика космоса: Маленькая энциклопедия / Редкол.: Р. А. Сюняев (Гл. ред.) и др. — 2-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1986. — С. 580—587. — 783 с. — 70 000 экз.

Ссылки

• В. Ф. Сулейманов. Рентгеновская Астрономия, 1998