РЕНТГЕНОВСКАЯ АСТРОНОМИЯ

РЕНТГЕНОВСКАЯ АСТРОНОМИЯ, раздел наблюдательной и теоретич. астрофизики, исследующий источники кос-мич. рентгеновского излучения в области длин волн А. от 100 А до 0,3 А. В шкале энергий фотонов этот диапазон соответствует 0,1-30 кэв, однако обе границы определены довольно условно. Для проведения астрономич. наблюдений в этой области длин волн аппаратура поднимается за пределы земной атмосферы с помощью ракет или искусств, спутников Земли, т. к. рентгеновские лучи сильно поглощаются в атмосфере. Жёсткое рентгеновское излучение можно наблюдать с высот ок. 40 км с высотных аэростатов.

В космич. условиях рентгеновское излучение может генерироваться горячей плазмой с темп-рой, превышающей 10⁶ К в оптически тонкой или толстой среде, релятивистскими электронами в магнитных полях (синхротронное излучение), а также электронами космич. лучей при их взаимодействии с фотонами низкой энергии (напр., оптическими). Последний механизм носит название обратного Комптона эффекта.

Рентгеновское излучение Солнца впервые было обнаружено 5 авг. 1948 в США с ракеты, хотя существование такого излучения предсказывалось и ранее на основании геофизич. данных об ионосфере Земли. К сер. 70-х гг. 20 в. солнечное рентгеновское излучение детально исследовано во всей области спектра. При отсутствии хромосферных вспышек оно простирается вплоть до 10-20 А. Наличие на диске Солнца активных областей приводит к появлению жёсткого рентгеновского и даже гамма-излучения (рис. 1). В основном непрерывный спектр имеет тепловой характер с темп-рой от 10⁶ и до 2*10⁷ К, однако в начале развития вспышки наблюдается и нетепловая компонента. Рентгеновское излучение генерируется в пределах солнечной короны, а также в хромосфере и в переходной, чрезвычайно узкой по высоте области солнечной атмосферы. Обнаружено также и гамма-излучение вспышек, включая линейчатое. В рентгеновском спектре присутствуют линии многократно ионизованных элементов: Fe, Ni, Mn, Ar, Co и др. В основном наблюдаются спектры водо-родоподобных атомов, имеющих только один оставшийся электрон. С помощью оптики косого падения получены и фотографии солнечного диска в мягкой рентгеновской области спектра (рис. 2). Обнаружена поляризация рентгеновского излучения при вспышках.

Рис. 1. Спектр Солнца в области 1 - 8 А.

Рис. 2. Изображение диска Солнца в рентгеновском диапазоне, полученное при помощи телескопа косого падения 8 июня 1968.

Дискретные источники рентгеновского космич. излучения были случайно открыты в 1962 при поиске рентгеновского флуоресцентного излучения Луны под действием космич. лучей. К 1975 зарегистрировано более 150 источников. Большая их часть концентрируется к плоскости Галактики, что свидетельствует об их немногочисленности (по различным оценкам, в Галактике всего 10³-10⁴ таких источников) и преимущественном расположении в галактич. диске (рис. 3).

Рис. 3. Распределение известных рентгеновских источников на небе. Использована галактическая система координат, центр Галактики в середине рисунка.

Поток от наиболее яркого источника в созвездии Скорпиона (Sco X-1) равен 20 квантам/(см²*сек) в области спектра 2-8 А. Наиболее слабые из зарегистрированных к 1975 источников имеют поток 10^-3 кванта/(см²*сек) в той же области спектра. Лишь небольшая часть (ок. 10) из галактич. источников отождествлена с оптически исследованными объектами. К ним относятся остатки сверхновых звёзд, причём в этом случае наблюдается как синхротронное излучение от протяжённой туманности, так и тепловое излучение от расширяющейся газовой оболочки и нагретого до темп-ры 10⁶ К межзвёздного газа. Иногда наблюдается излучение остатка сверхновой звезды, вероятнее всего, являющегося нейтронной звездой. Рентгеновское излучение Крабовидной туманности (Таи Х-1) (второго по яркости источника) с потоком 2 кванта/(см²•сек) имеет пульсирующую компоненту с периодом 0,033 сек, совпадающим с периодом оптического и радиоизлучения пульсара. Обнаружены рентгеновские источники, входящие в двойные звёздные системы (Her X-1, Cyg X-1, Cyg X-3, Cir X-1, Cen X-3 и др.), что позволило детально исследовать их физич. параметры. Один из таких источников (Cyg X-1), вероятно, является объектом, возникшим в результате гра-витац. коллапса ("чёрной дырой"). Механизм рентгеновского свечения таких источников - истечение газа с поверхности нормального гиганта на нейтронную звезду или чёрную дыру - т. н. дисковая аккреция. Осн. масса рентгеновских источников пока не отождествлена с наблюдаемыми в оптич. диапазоне объектами. Около 30 источников отождествлены с внегалактич. объектами. Это, в частности,-ближайшие галактики (Ма-геллановы Облака и Большая туманность Андромеды), скопления галактик, радиогалактики Дева-А (М87) к Центавр-А (NGC 5128), квазар ЗС 273, а также сейфертовские галактики.

Помимо дискретных источников рентгеновского излучения, наблюдается изотропный рентгеновский фон, спектр которого в области от 1 до 1000 кэв в первом приближении аппроксимируется степенным законом. Изотропный фон, по-видимому, имеет внегалактич. происхождение, однако механизм его излучения до сих пор не ясен. Среди вероятных гипотез рассматриваются: обратный комп-тон-эффект межгалактич. электронов на инфракрасных фотонах активных галактик и на субмиллиметровых квантах фонового реликтового излучения, наложение излучения многих неразрешимых далёких внегалактич. источников, тепловое излучение горячего межгалактич. газа, а также различные комбинации этих механизмов.

В качестве детекторов излучения рентгеновского диапазона используются спец. фотоматериалы (для исследований Солнца), Гейгера-Мюллера счётчики,_ газонаполненные пропорциональные счётчики и сцинтилляционные счётчики. Все типы детекторов обеспечивают спектральное разрешение от 1 до 20 в зависимости от энергии регистрируемого излучения. Площадь пропорциональных счётчиков, с‘помощью к-рых получены осн. результаты, достигает 1000 см². Для коллимации (ограничения поля зрения) применяются сотовые или щелевые коллиматоры, набранные из тонких гофрированных пластин стали с предельным угловым разрешением ок. неск. угловых минут, модуляционные коллиматоры, представляющие собой два (или более) ряда параллельно натянутых металлич. нитей (предельное разрешение ок. 20") и, наконец, зеркала косого падения гиперболич. и парабо-лич. сечения с углом падения более 88° (т. е. почти по касательной к плоскости зеркала). Такие зеркала пригодны для получения рентгеновского изображения в мягкой области спектра (Л > 10 А) с разрешением до 5". Для спектральных исследований (пока только солнечных) используются брэгговские кристаллич. спектрометры.

Р. а. относится к быстро развивающимся разделам внеатмосферной астрономии. Она имеет широкие перспективы, связанные с планируемыми запусками ракет или ИСЗ с большими счётчиковыми и зеркальными телескопами пл. 10⁴- 10⁵ см².

Лит.: Озерной Л. М., Прилуцкин О. Ф., Розенталь И. Л., Астрофизика высоких энергий, М., 1973; У и к с Т., Астрофизика высоких энергий, пер. с англ., М., 1972; Гинзбург В. Л., О физике и астрофизике. Какие проблемы представляются сейчас особенно важными и интересными?, 2 изд., М., 1974; Ультрафиолетовое излучение Солнца и межпланетная среда. [Сб. ст.], пер. с англ., М., 1962.

В. Г. Курт.