Глава 5. Межзвездная среда и области звездообразования в Галактике

5.1. Фоновое радиоизлучение Галактики в континууме

5.6. Гигантские молекулярные облака, области звездообразования и молекулярные мазеры

5.1. Фоновое радиоизлучение Галактики в континууме

Подпись:

Рис. 5.1. Изофоты радиоизлучения Галактики
на частоте 150 МГц. Впервые радиоизлучение Галактики в непрерывном спектре наблюдалось К. Янским в 1932 г. на волне 14.6 м. В 1940-х гг. Г. Ребер построил первую карту галактического радиоизлучения на n = 160 МГц. Было маловероятно, что радиоизлучение создается звездами, поскольку как минимум одна звезда - Солнце - мало излучает в радиодиапазоне, в особенности на коротких волнах. Для создания наблюдаемой интенсивности пришлось бы предположить, что Галактика заполнена звездами с яркостной температурой радиоизлучения ~10¹⁶ K, при этом совершенно не излучающими в оптическом диапазоне. Объяснение радиозвездами не проходит и по динамическим соображениям, так как даже при минимальной массе каждой радиозвезды их суммарная масса должна была бы намного превосходить массу Галактики.

Излучение Галактики в континууме концентрируется к галактической плоскости. Имеются локальные максимумы в Лебеде и Тельце. Особенно повышенная концентрация наблюдается в Стрельце, в направлении центра Галактики. На частоте 18 МГц яркостная температура 2ћ10⁵ K в направлении центра и 7.5ћ10⁴ K в направлении антицентра. На низких частотах спектральный индекс a < 2 (I_n ч n^-^a).

Применительно к протяженному радиоизлучению Галактики обычно вводят спектральный индекс для температуры: T_b(n) ч n^b, a = -(b + 2). На частоте 178 МГц b = -0.4 для диска Галактики и -0.6 для высоких галактических широт.

Нетепловой фон делится на четыре компонента:

1) галактический диск, симметричный относительно галактического центра;

2) локальные особенности, определяемые спиральными рукавами;

3) галактическое гало, симметричное относительно галактического центра;

4) изотропный фон, обусловленный неразрешенными метагалактическими источниками.

Если механизм излучения синхротронный, а межзвездное магнитное поле упорядочено вдоль спиральных рукавов Галактики, то рукава должны давать локальные максимумы излучения там, где луч зрения скользит вдоль рукавов. Реально вместо максимумов наблюдаются широкие ступеньки. Это указывает, что магнитное поле в рукавах сильно неоднородно.

На волнах короче 20 см основная часть фона имеет тепловую природу. Тепловое излучение сильнее концентрируется к галактической плоскости: толщина по половинной яркости теплового компонента 200 пк, нетеплового - 400 пк. Вблизи l = 20 см вклад теплового и нетеплового излучения примерно одинаков.

Все приведенные данные основаны на результатах обзоров с разрешением ~1њ.

Обзор плоскости Галактики, выполненный на волне 11 см в NRAO c угловым разрешением 11¢, показал наличие большого количества (несколько сотен) источников размером ~10¢-20¢. Таким образом, на высоких частотах фон - наложение отдельных дискретных источников.

Были также получены наблюдения радиоизлучения Галактики на низких частотах (до десятков и сотен килогерц) с космических аппаратов IMP 6 [Brown L.W., ApJ, 1973, 180, 359], RAE 2 [Novaco J.C., Brown L.W., ApJ, 1978, 221, 114] и WIND [Токарев М.Л. и др., ПАЖ, 2000, 26, 643], хотя и с низким угловым разрешением (десятки градусов).

Приемник IМР 6 был оснащен 91-м дипольной антенной, стабилизированной вращением в плоскости эклиптики. Были измерены абсолютные значения, спектр интенсивности радиофона на 32 дискретных частотах в диапазоне 0.13-2.6 МГц. Наблюдения Галактики проводились также с искусственного спутника Луны RAE 2 (Radio Astronomy Explorer), запущенного 10 июня 1973 г. на круговую орбиту вокруг Луны высотой 1100 км; это позволяло в некоторые интервалы времени экранировать мешающее влияние радиоизлучения Солнца и Земли. RAE 2 имел 229-метровую V-образную антенну. Радиоизлучение Галактики наблюдалось на 22 частотах от 0.25 до 9.18 МГц. Были измерены спектры радиофона в четырех характерных направлениях: центр Галактики, антицентр, южный и северный полюсы Галактики. На борту КА WIND имеется радиоприемник диапазона 20-1040 кГц со 100-м дипольной антенной. Особый интерес представляют участки орбиты аппарата с максимальным удалением от Земли (до 1.4 млн. км), где влияние нетеплового радиоизлучения магнитосферы Земли должно быть сильно ослаблено. Основной цикл измерений радиофона Галактики на WIND проведен 26-30 декабря 1997 г.

Спектры галактического фона на низких частотах в разных направлениях отличаются, но не очень сильно. Максимумы всех спектров лежат в области 3 МГц,

I(3 МГц) = 10^-19 Вт/(м²×Гц×стерад).

При n < 3 МГц I ч n^-0.5, при n > 3 МГц I ч n^1.5. По-видимому, низкочастотный завал спектра вызван свободно-свободным механизмом поглощения в горячей слабоионизованной межоблачной среде галактического диска с N_e ~ 0.03 см^-3, T_e = 4000 K. При этом мера эмиссии (2.30) ME ~ 25 см^-6пк. Галактический горизонт видимости r, определяемый свободно-свободным поглощением, на частоте 1 МГц уже меньше характерной полутолщины галактического газового диска (500 пк), а на 260 кГц r ~ 15 пк. Таким образом, на низк