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.

История

Этот раздел не завершён. Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.

Механизмы генерации рентгеновского излучения

Тепловой

Основная статья: Тепловое излучение

Тепловое механизм связан со способность всех нагретых тел излучать электромагнитные волны за счет 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 межзвездном 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 напряженности магнитного поля. В случае очень сильных магнитных полей ~ 10¹²-10¹⁴Гс циклотронное излучение попадает в рентгеновский диапазон^[1]. 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 звезд и пыли. Эти кванты могут получить энергию от релятивистских электронов и переводится из видимого и ИК диапазона в рентгеновский.

Источники излучения

Солнце

Солнце в рентгеновских лучах

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)^[2]. 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^[2]. 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^[3].

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

Разреженный горячий газ

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.

Ракеты

Аэростаты

Космические обсерватории

Основная статья: Рентгеновский телескоп

См. также

• Астрофизика
• Гамма-астрономия
• Ультрафиолетовая астрономия
• Радиоастрономия

Примечания

1. ↑ В.Ф. Сулейманов Рентгеновская Астрономия
2. ↑ ^{1 2} Физика космоса. Маленькая энциклопедия
3. ↑ Р. Т. Сотникова Солнце в рентгеновских лучах

Ссылки

• Физика космоса. Маленькая энциклопедия, М.: Советская Энциклопедия, 1986
• В.Ф. Сулейманов Рентгеновская Астрономия, 1998