В астрономии поглощение — это поглощение и рассеивание электромагнитного излучения пылью и газом между излучающим астрономическим объектом и наблюдателем . Межзвездное поглощение было впервые задокументировано как таковое в 1930 году Робертом Юлиусом Трюмплером . [1] [2] Однако его эффекты были отмечены в 1847 году Фридрихом Георгом Вильгельмом фон Струве , [3] и его влияние на цвета звезд наблюдалось рядом лиц, которые не связывали его с общим присутствием галактической пыли . Для звезд, лежащих вблизи плоскости Млечного Пути , которые находятся в пределах нескольких тысяч парсеков от Земли, поглощение в визуальном диапазоне частот ( фотометрическая система ) составляет примерно 1,8 звездной величины на килопарсек. [4]
Для наблюдателей, находящихся на Земле , затухание происходит как из-за межзвездной среды , так и из-за атмосферы Земли ; оно также может возникнуть из-за околозвездной пыли вокруг наблюдаемого объекта. Сильное затухание в атмосфере Земли некоторых диапазонов длин волн (таких как рентгеновское , ультрафиолетовое и инфракрасное ) преодолевается с помощью космических обсерваторий . Поскольку синий свет ослабляется гораздо сильнее, чем красный , затухание заставляет объекты казаться краснее, чем ожидалось; это явление называется межзвездным покраснением . [5]
Межзвездное покраснение — это явление, связанное с межзвездным вымиранием, когда спектр электромагнитного излучения от источника излучения меняет характеристики по сравнению с тем, что изначально испускал объект . Покраснение происходит из-за рассеяния света пылью и другими веществами в межзвездной среде . Межзвездное покраснение — это явление, отличное от красного смещения , которое представляет собой пропорциональные частотные сдвиги спектров без искажений. Покраснение преимущественно удаляет из излучаемого спектра фотоны с более короткой длиной волны , оставляя позади фотоны с более длинной длиной волны, оставляя спектроскопические линии неизменными.
В большинстве фотометрических систем используются фильтры (полосы пропускания), из которых показания величины света могут учитывать широту и влажность среди земных факторов. Межзвездное покраснение равнозначно «избытку цвета», определяемому как разница между наблюдаемым индексом цвета объекта и его собственным индексом цвета (иногда называемым его нормальным индексом цвета). Последний является теоретическим значением, которое он имел бы, если бы не был затронут затуханием. В первой системе, фотометрической системе UBV , разработанной в 1950-х годах, и ее наиболее тесно связанных последователях, избыток цвета объекта связан с цветом B−V объекта (калиброванный синий минус калиброванный видимый) следующим образом:
Для звезд главной последовательности типа A0 (они имеют среднюю длину волны и тепло среди главной последовательности) индексы цвета калибруются на 0 на основе собственного показания такой звезды (± точно 0,02 в зависимости от того, какая спектральная точка, т. е. точная полоса пропускания в пределах сокращенного названия цвета, находится под вопросом, см. индекс цвета ). Затем сравниваются как минимум две и до пяти измеренных полос пропускания по величине путем вычитания: U, B, V, I или R, в течение которого вычисляется и вычитается избыток цвета от поглощения. Названия четырех подиндексов (R минус I и т. д.) и порядок вычитания перекалиброванных величин идут справа налево в пределах этой последовательности.
Межзвездное покраснение происходит из-за того, что межзвездная пыль поглощает и рассеивает синие световые волны больше, чем красные световые волны, из-за чего звезды кажутся краснее, чем они есть на самом деле. Это похоже на эффект, наблюдаемый, когда частицы пыли в атмосфере Земли способствуют появлению красных закатов . [6]
В общих чертах, межзвездное поглощение сильнее всего на коротких волнах, обычно наблюдаемых с помощью методов спектроскопии. Поглощение приводит к изменению формы наблюдаемого спектра. На эту общую форму накладываются особенности поглощения (полосы длин волн, где интенсивность снижена), которые имеют различное происхождение и могут дать подсказки относительно химического состава межзвездного материала, например, пылевых частиц. Известные особенности поглощения включают в себя выпуклость 2175 Å , диффузные межзвездные полосы , особенность водяного льда 3,1 мкм и особенности силиката 10 и 18 мкм .
В окрестностях Солнца скорость межзвездного поглощения в полосе V Джонсона-Казинса (визуальный фильтр), усредненная на длине волны 540 нм, обычно принимается равной 0,7–1,0 зв. вел./кпк — просто среднее значение из-за комковатости межзвездной пыли. [7] [8] [9] В общем случае, однако, это означает, что яркость звезды будет уменьшаться примерно в 2 раза в полосе V, наблюдаемой с хорошей точки наблюдения за ночным небом на Земле, на каждый килопарсек (3260 световых лет) ее удаления от нас.
Величина поглощения может быть значительно выше в определенных направлениях. Например, некоторые регионы Галактического центра затоплены явной мешающей темной пылью из нашего спирального рукава (и, возможно, других) и сами находятся в выпуклости плотной материи, вызывая более 30 величин поглощения в оптическом диапазоне, что означает, что менее 1 оптического фотона из 10 12 проходит через него. [10] Это приводит к зоне избегания , где наш вид на внегалактическое небо сильно затруднен, а фоновые галактики, такие как Dwingeloo 1 , были обнаружены только недавно с помощью наблюдений в радио- и инфракрасном диапазонах .
Общая форма кривой поглощения в ультрафиолетовом и ближнем инфракрасном диапазонах (от 0,125 до 3,5 мкм) (график зависимости поглощения от величины длины волны, часто инвертированный), если смотреть с нашей точки зрения на другие объекты в Млечном Пути , довольно хорошо характеризуется автономным параметром относительной видимости (такого видимого света) R(V) (который отличается вдоль разных линий зрения), [11] [12] но известны отклонения от этой характеристики. [13] Распространение закона поглощения на средний инфракрасный диапазон длин волн затруднено из-за отсутствия подходящих целей и различных вкладов особенностей поглощения. [14]
R(V) сравнивает совокупное и частное затухание. Это A(V)/E(B−V) . Перефразируя, это общее затухание, A(V), деленное на выборочное общее затухание (A(B)−A(V)) этих двух длин волн (полос). A(B) и A(V) являются общим затуханием в полосах фильтров B и V. Другой мерой, используемой в литературе, является абсолютное затухание A(λ)/A(V) на длине волны λ, сравнивающее общее затухание на этой длине волны с таковым в полосе V.
Известно, что R(V) коррелирует со средним размером пылевых частиц, вызывающих поглощение. Для Галактики Млечный Путь типичное значение R(V) составляет 3,1, [15], но, как было обнаружено, оно значительно варьируется в зависимости от различных линий зрения. [16] В результате при вычислении космических расстояний может быть выгодно перейти к звездным данным из ближнего инфракрасного диапазона (в котором фильтр или полоса пропускания Ks является довольно стандартным), где вариации и величина поглощения значительно меньше, и аналогичные отношения относительно R(Ks): [17] 0,49±0,02 и 0,528±0,015 были найдены независимыми группами соответственно. [16] [18] Эти два более современных открытия существенно отличаются относительно обычно упоминаемого исторического значения ≈0,7. [11]
Связь между полным поглощением, A(V) (измеренным в звездных величинах ), и плотностью столба нейтральных атомов водорода , N H (обычно измеряемой в см −2 ), показывает, как связаны газ и пыль в межзвездной среде. Из исследований с использованием ультрафиолетовой спектроскопии покрасневших звезд и рассеивающих рентгеновские лучи гало в Млечном Пути, Предель и Шмитт [19] обнаружили, что связь между N H и A(V) приблизительно следующая:
(см. также: [20] [21] [22] ).
Астрономы определили трехмерное распределение вымирания в «солнечном круге» (наша область галактики), используя видимые и ближние инфракрасные звездные наблюдения и модель распределения звезд. [23] [24] Пыль, вызывающая вымирание, в основном располагается вдоль спиральных рукавов , как это наблюдается в других спиральных галактиках.
Чтобы измерить кривую поглощения для звезды , спектр звезды сравнивается с наблюдаемым спектром похожей звезды, которая, как известно, не затронута поглощением (непокрасневшей). [25] Также можно использовать теоретический спектр вместо наблюдаемого спектра для сравнения, но это менее распространено. В случае эмиссионных туманностей обычно смотрят на отношение двух эмиссионных линий , которые не должны зависеть от температуры и плотности в туманности. Например, отношение эмиссии водорода-альфа к эмиссии водорода-бета всегда составляет около 2,85 в широком диапазоне условий, преобладающих в туманностях. Следовательно, отношение, отличное от 2,85, должно быть обусловлено поглощением, и таким образом можно рассчитать величину поглощения.
Одной из важных особенностей измеренных кривых поглощения многих объектов в пределах Млечного Пути является широкий «выступ» около 2175 Å , в ультрафиолетовой области электромагнитного спектра. Эта особенность была впервые обнаружена в 1960-х годах, [26] [27], но ее происхождение до сих пор не совсем понятно. Было представлено несколько моделей для объяснения этой выпуклости, которые включают графитовые зерна со смесью молекул ПАУ . Исследования межзвездных зерен, встроенных в межпланетные пылевые частицы (IDP), наблюдали эту особенность и идентифицировали носитель с органическим углеродом и аморфными силикатами, присутствующими в зернах. [28]
Форма стандартной кривой поглощения зависит от состава ISM, который меняется от галактики к галактике. В Местной группе наиболее определенными кривыми поглощения являются кривые поглощения Млечного Пути, Малого Магелланова Облака (ММО) и Большого Магелланова Облака (БМО).
В БМО наблюдается значительное изменение характеристик ультрафиолетового поглощения с более слабым выступом 2175 Å и более сильным поглощением в дальнем УФ-диапазоне в области, связанной с супероболочкой БМО2 (около области звездообразования 30 Золотой Рыбы), чем в других местах БМО и Млечного Пути. [30] [31] В ММО наблюдается более экстремальное изменение с отсутствием выступов 2175 Å и очень сильным поглощением в дальнем УФ-диапазоне в звездообразующей перемычке и довольно нормальным ультрафиолетовым поглощением, наблюдаемым в более спокойном крыле. [32] [33] [34]
Это дает подсказки относительно состава ISM в различных галактиках. Ранее считалось, что различные средние кривые поглощения в Млечном Пути, БМО и ММО являются результатом различной металличности трех галактик: металличность БМО составляет около 40% от металличности Млечного Пути , в то время как металличность ММО составляет около 10%. Обнаружение кривых поглощения как в БМО, так и в ММО, которые похожи на те, что найдены в Млечном Пути [29], и обнаружение кривых поглощения в Млечном Пути, которые больше похожи на те, что найдены в супероболочке БМО2 БМО [35] и в перемычке ММО [36] , привело к новой интерпретации. Изменения в кривых, наблюдаемых в Магеллановых Облаках и Млочном Пути, могут быть вызваны обработкой пылевых частиц близлежащим звездообразованием. Эта интерпретация подтверждается работой в галактиках со вспышкой звездообразования (которые переживают интенсивные эпизоды звездообразования), которая показывает, что их пыль не имеет выступа 2175 Å. [37] [38]
Атмосферное затухание придает восходящему или заходящему Солнцу оранжевый оттенок и меняется в зависимости от местоположения и высоты . Астрономические обсерватории , как правило, способны очень точно охарактеризовать локальную кривую затухания, что позволяет корректировать наблюдения с учетом этого эффекта. Тем не менее, атмосфера полностью непрозрачна для многих длин волн, что требует использования спутников для проведения наблюдений.
Это затухание имеет три основных компонента: релеевское рассеяние молекулами воздуха, рассеяние частицами и молекулярное поглощение . Молекулярное поглощение часто называют теллурическим поглощением , поскольку оно вызвано Землей ( теллурическое — синоним земного ). Наиболее важными источниками теллурического поглощения являются молекулярный кислород и озон , которые сильно поглощают излучение вблизи ультрафиолета , и вода , которая сильно поглощает инфракрасное .
Величина такого затухания минимальна в зените наблюдателя и максимальна вблизи горизонта . Данная звезда, предпочтительно в солнечном противостоянии, достигает своей наибольшей небесной высоты и оптимального времени для наблюдения, когда звезда находится вблизи местного меридиана около солнечной полуночи и если звезда имеет благоприятное склонение ( т. е . похожее на широту наблюдателя ); таким образом, сезонное время из-за осевого наклона является ключевым. Затухание аппроксимируется путем умножения стандартной кривой атмосферного затухания (построенной против каждой длины волны) на среднюю воздушную массу , рассчитанную за продолжительность наблюдения. Сухая атмосфера значительно снижает инфракрасное затухание.
{{cite book}}
: |work=
проигнорировано ( помощь )