 |
Астронет: К. А. Постнов/ГАИШ Лекции по Общей Астрофизике для Физиков http://variable-stars.ru/db/msg/1170612/4lec/node6.html |
<< 4.4 Ионизованный водород и | Оглавление | 4.6 Космические лучи и >>
4.5 Молекулярные облака, области звездообразования и космические мазеры.
Внутри протяженных областей нейтрального водорода HI с характерной
плотностью
см
со сложной структурой расположены
плотные холодные облака молекулярного водорода - гигантские молкулярные
облака с массой около 
и характерными размерами 40 пк. В них
сосредоточен весь молекулярный газ
(полная масса в Галактике около
). Это самые
многочисленные массивные гравитацинно-связанные объекты в Галактике.
Большинство из них сосредоточено в кольце на расстоянии от 4 до 8 кпк от
центра Галактике, встречаются как в спиральных рукавах, так и между ними.
Облака неоднородны, в них встречаются холодные уплотнения (
г/cм
,
K, 
пк) и еще более плотные гигантские глобулы
(глобулы Бока), видимые как черные пятна на фоне Млечного Пути (Например,
Конская Голова или Угольный Мешок), с массами до 100 
. В них идет
активное звездообразование.
Кроме молекул , в молекулярных облаках встречаются более 100 различных
молекул. Наиболее обильна молекула СО. Ее концентрация пропорциональна
количеству молекул :
. Наблюдать молекулу
трудно, а др. молекулы наблюдаются по ИК- и радиоизлучению, в которых
молекулярные облака прозрачны.
Космические мазеры (КМ) - нетепловые источники радиоизлучения, в
которых тепловая эмиссия газа в спектральных линиях молекул усиливается за
счет преобладания индуцированного излучения над поглощением (ср. с лаб.
лазерами). Отличаются высокой яркостной температурой и высокой степенью
поляризации в линиях. Наиболее известные КМ наблюдаются в линиях гидроксила
ОН (
см,
K), воды H
O (
см,
K), моноокиси кремния SiO (2-7 мм,
K)
и метанола СН
OH (1.2 см). Мазерные источники ассоциируются с областями
звездообразования, представляют собой скопление маленьких
(1-10 АЕ) деталей в гнездах с размерами
см.
Полная светимость в мазерной конденсации
эрг/с,
а в случае мегамазеров (вблизи активных ядер галактик) может
достигать 
эрг/с. Это означает, что в узком спектральном диапазоне
КМ излучают
радиофотонов в секунду. Концентрация
частиц газа в КМ
см, массы КМ порядка масс планет
г, возможно, это протопланетные сгущения. Более слабые
КМ также встречаются в областях взаимодействия оболочек сверхновых
с молекулярными облаками и в околозвездных облолочках вокруг
старых звезд поздних спектральных классов (К,М) с сильным истечением
вещества.
Для работы КМ необходима, как и в случае лабораторных
лазеров, инверсная заселенность атомных уровней
(отрицательный коэффициент поглощения):
,
где 
- статвеса уровней перехода. Высокая мощность
выходящего излучения возникает за счет индуцированных переходов с
верхнего сигнального уровня "2" на нижний "1", стимулированных фотонами,
которые рождаются в среде за счет тепловой энергии (столкновение атомов,
рекомбинация). Индуцированное излучение возникает на той же
частоте, с той же фазой и распространяется в ту же сторону, что и вызвавший
его фотон. Образно говоря, КМ непрерывного действия
представляет собой тепловую машину, перерабатывающую с коэффициентом
полезного действия 
энергию накачки, поступающего от внешнего
источника, в энергию мазерного излучения.4.10
Накачка и сток энергии в КМ осуществляется
либо через радиативные (R) или столкновительные (C) процессы, либо за счет
химических процессов. В последнем случае образуется молекула в
возбужденном
состоянии или же молекула на нижнем сигнальном уровне разрушается в процессе
химической реакции. Лабораторный пример - эксимерные лазеры на
неустойчивых соединениях благородных газов He или Xe.
При R-стоке важно, чтобы кванты стока свободно выходили из мазерного источника, иначе возникнет термализация уровней (заселенность по Больцману). Для СС-мазера необходимо, чтобы накачка и сток энергии осуществлялись частицами с разными температурами. Такие неравновесные условия возможны в ударных волнах, где температуры электронов и атомов (молекул) могут значительно отличаться.
<< 4.4 Ионизованный водород и | Оглавление | 4.6 Космические лучи и >>