Теоретическая физика и астрофизика - Гинзбург В.Л.
Скачать (прямая ссылка):
Другая сторона проблемы — выделение галактической и ме-тагалактической компонент гамма-излучения. Если иметь в виду диффузное излучение, то такое разделение производится по двум признакам — по энергетическому спектру и по угловому распределению. Коренное различие угловых распределений этих компонент здесь очевидно: метагалактическое излучение должно быть, и фактически является, в высокой степени изотропным; галактическое же излучение резко концентрируется в направлениях, близких к галактической плоскости в силу соответствующей концентрации межзвездного газа.
Спектр метагалактической (изотропной) компоненты имеет вид
Ґ Е„ \_зи фотон Iy {Еу) = 0,7 • 10 ("ТёоМэВ"/ см2 ¦ с • ср • МэВ О8"8*)
Для галактического излучения имеем
-7 / Еу V1'6 1 фотон
^y {Еу) == 1,1 * Ю ^ 100 МэВ J I sin O I CM2-с-ср. МэВ ' (18-86)
где b — галактическая широта; в обзоре [251а], на который мы здесь опираемся, указываются и более новые показатели спектра, равные соответственно 2,7(+0,4; —0,3) и 1,5 ± 0,3.
*) Для источника, расстояние до которого характеризуется параметром г,наблюдаемая на Земле энергия Ey=Ey, о/(1 + ^h где Eyt0—энергия фотона в источнике.
Л 84 В области сравнительно малых энергий Ey < 10 МэВ и в самой мягкой гамма-области 0,1 < Ey < 1 МэВ представляют большой интерес, во-первых, гамма-линии, появляющиеся при ядерных переходах и при аннигиляции позитронов [238]. Во-вторых, в этой же области энергий наблюдаются гамма-всплески (они образуются, вероятно, при аккреции вещества на нейтронные звезды, но надежно природа всплесков еще не установлена [220, 251]) и постоянное во времени излучение с непрерывным спектром как диффузное, так и от дискретных источников.
Несколько выделенной можно считать и область очень больших энергий — уже довольно давно удалось зарегистрировать гамма-излучение с энергией Ey > (1—5)-1011 эВ от дискретных источников путем наземных наблюдений оптического черенковского свечения в атмосфере (см. [251а, в, 252в]).
Особое место в гамма-астрономии, причем в значительной мере независимо от используемого диапазона гамма-лучей, занимает изучение дискретных источников. Когда речь идет о мягких гамма-лучах, примыкающих по энергии к рентгеновскому излучению, появление гамма-излучения от Солнца и, например, радиогалактики Центавр A (CenA) весьма многозначительно, но все же не может вызвать большого удивления (впрочем, в случае CenA мощное гамма-излучение в линиях 1,6 и 4,5 МэВ вряд ли кто-либо мог предвидеть [238]).
Несколько иначе дело обстоит с мощным гамма-излучением с Ey > 30—100 МэВ от пульсаров и особенно от квазаров и ядер галактик [251].
Для пульсара PSR 0532 (другие обозначения: PSR 0531 + 21 и NP 0532) в Крабовидной туманности светимость при Ey > > 100 МэВ составляет Ly « 3,5-IO34 эрг/с (на Земле поток Fy(?y>100 МэВ) = (8 ± 1,5)-10-6 фотон/(см2-с)). Для рентгеновского источника Лебедь-Х 3 (являющегося, возможно, молодым пульсаром в двойной системе) Ly(Ey> 40 МэВ)л? « 7,5-IO36 эрг/с, Ly[Ey > IO12 эВ)« 1,0-IO35 эрг/с [251а]. Гам-ма-излучение пульсаров можно объяснить синхротронным механизмом, хотя могло бы играть роль и родственное синхротрон-ному изгибное излучение [255].
Для квазара ЗС 273 светимость Ly (50 < Ey < 500 МэВ) = = 2-Ю46 эрг/с (принято расстояние R = 790 Мпк; красное смещение 2 = 0,158). Такая светимость за IO6 лет (такова возможная оценка длительности активной фазы квазара) отвечает энергии Wv ~ 6-Ю59 эрг ~ 3-Ю5 Mec2. Кстати, полная светимость квазара ЗС 273, по-видимому, не превосходит (2—5)-1047 эрг/с (излучение сосредоточено в основном в инфракрасной области; рентгеновская светимость Lx (0,5 < Ex < 4,5 кэВ) = 1,7 X XlO46 эрг/с; оптическая светимость L0 ~ 0,9 Lx). Максимальная зафиксированная светимость квазаров достигает IO48 эрг/с. Возможная природа гамма-излучения квазаров — обратное
485 комптоновское рассеяние [256а] и распад я°-мезонов, генерируемых протонно-ядерной компонентой космических лучей.
Природа обнаруженных в 1963 г. квазаров или, точнее, их центральной части (сердцевины, керна) остается неясной. Наиболее вероятно, что сердцевиной квазаров и во многом им аналогичных ядер активных галактик (сейфертовых галактик и др.) является либо массивная черная дыра (масса M ~ IO7—IO9 M0), либо вращающееся магчитоплазменное «тело» примерно с такой же массой (магнитоид или спинар). Однако сделать выбор между этими (а также некоторыми другими) возможностями весьма трудно [2566, в], поскольку электромагнитное излучение (в том числе гамма-лучи) исходят из сравнительно неглубоких слоев газа, окружающего черную дыру или составляющего магнитоид (радиус для этих слоев R 5^, IO15—IO16 см, тогда как гравитационный радиус Rg = 2GMjc2 = 3-IO5 MjM0 см и при M ~ IO8Mq составляет 3-Ю13 см). Выяснение природы квазаров и активных галактических ядер, несомненно, является одной из важнейших задач современной астрономии. Один из возможных (и, по-видимому, самых надежных) путей ее решения состоит в сопоставлении потока гамма-излучения (с Ey > > 100 МэВ) от квазара с его нейтринным излучением (с энергией Ey > IO12 эВ; см. [256в]).
