Межзвёздная среда: различия между версиями

Как уже говорилось, межзвёздная среда оптически тонка и имеет невысокую плотность, а раз так, то основной механизм охлаждения — это излучение фотонов. Испускание же квантов связано с бинарными процессами взаимодействия (частица-частица), поэтому суммарную скорость объёмного охлаждения можно представить в виде <math>\Lambda(n,T)=n^2\lambda(T),</math> где функция охлаждения ({{math|λ}}) зависит только от температуры и химического состава среды.

Свободно-свободное (тормозное) излучение в космической плазме вызвано кулоновскими силами притяжения или отталкивания. Электрон ускоряется в поле иона и начинает излучать электромагнитные волны, переходя с одной незамкнутой (в классическом смысле) орбиты на другую, но оставаясь свободным, (то есть обладающим достаточной энергией, чтобы уйти на бесконечность). При этом излучается весь спектр от рентгена до радио. Выделяющаяся при этом энергия из единицы объёма внутри [[Телесный угол|телесного угла]] в единицу времени равна:

*: При радиативной (излучательной) рекомбинации доля кинетической энергии рекомбинирующего электрона крайне мала в энергии испускаемого фотона <math>h\nu =\xi_i +m_e v^2 </math> (где <math>\xi_i</math> — потенциал ионизации уровня, на который рекомбинирует электрон). Так как почти всегда <math>\xi_i\gg m_ev^2/2,</math> то большаябо́льшая часть выделяющеесявыделяющейся энергии не тепловая. Поэтому радиативная рекомбинация в общем случае малоэффективна для охлаждения газа. Однако мощность излучения единицы объёма из-за радиативной рекомбинации для равновесной среды с {{nobr|{{math|''T''}} < 10⁵ К}} превосходит потери на тормозное излучение <math>\Lambda_r\approx 4\Lambda_\mathrm{ff}.</math>

*: Диэлектронная рекомбинация состоит из двух этапов. Сначала энергичный электрон возбуждает атом или ион так, что образуется неустойчивойнеустойчивый ион с двумя возбужденными электронами. Далее либо электрон испускается и ион перестаёт быть неустойчивым (автоионизация), либо испускается фотон с энергией порядка потенциала ионизации и ион вновь становитьсястановится устойчивым. Для того, чтобы возбудить атом, нужен очень быстрый электрон, с энергией выше средней. ПонижаяПри количествоснижении быстрыхколичества таких электронов мысредняя понижаемэнергия среднююсистемы энергию системыубывает, среда охлаждается. Данный механизм охлаждения начинает доминировать над радиативной рекомбинацией при {{nobr|{{math|''T''}} > 10⁵ К}}.

При запрещённых резонансных переходах с уровней <math>2s_{1/2}\rightarrow 1s_{1/2}</math> в водороде и с <math>2^1S_0</math> уровня в гелии и гелиеподобных ионах [[двухфотонное излучение|излучается два фотона]] (однофотонный переход запрещён правилами отбора). Возбуждаются же эти уровни в основном за счёт электронных ударов. Суммарная энергия образующихся фотонов соответствует разности энергии между двумя уровнями, но каждый из фотонов не имеет фиксированной энергии и образуется непрерывное излучение, которое мы и видимнаблюдается в зонах HII (ионизованного водорода). Эти фотоны имеют длину волны больше, чем у линии [[Лаймановская серия|Лайман-альфа]], и, следовательно, неспособны возбудить нейтральный атом водорода в основном состоянии, поэтому они уходят из среды, являясь основной причиной охлаждения горячей космической плазмы с {{nobr|{{math|''T''}} {{=}} 10⁶—10⁸ К}}.

Комптоновское охлаждение обычно доминирует в высокоионизированной и сильно нагретой плазме вблизи источников рентгеновского излучения. Благодаря ему среда не может нагреться выше <math>T\sim\frac{\varepsilon}{4k}.</math> Этот механизм был важен в ранней вселенной до [[Космологическое красное смещение|эпохи рекомбинации]]. В обычных условиях МЗС этим эффектом можно пренебречь.

Основной механизм охлаждения МЗС при {{nobr|{{math|''T''}} < 10⁵ К}}. Излучение происходит при переходах с уровней, возбужденныхвозбуждённых после электронного удара. Спектральный диапазон, в котором уносится энергия, определяется температурой — чем больше температура, тем более высокийвысокие уровеньуровни возбуждаетсявозбуждаются, тем энергичнее излучаемыйизлучаемые фотонфотоны и охлаждениетем быстрее идёт быстрееохлаждение. В таблице приведены линии, доминирующие при различных температурах.