В астрономии затухание — это поглощение и рассеяние электромагнитного излучения пылью и газом между излучающим астрономическим объектом и наблюдателем . Межзвездное вымирание было впервые задокументировано в 1930 году Робертом Джулиусом Трамплером . [1] [2] Однако его влияние было отмечено в 1847 году Фридрихом Георгом Вильгельмом фон Струве , [3] и его влияние на цвета звезд наблюдалось рядом людей, которые не связывали это с общим присутствием галактической пыли. Для звезд, лежащих вблизи плоскости Млечного Пути и находящихся 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 , поглощение происходит как из межзвездной среды (МЗС), так и из атмосферы Земли ; он 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 излучение ) преодолевается с помощью космических обсерваторий . Поскольку синий свет гораздо сильнее ослабляется , чем красный , из-за угасания объекты кажутся более красными, чем ожидалось, — явление, называемое межзвездным покраснением . [5]
В астрономии межзвездное покраснение — явление, связанное с межзвездным затуханием, когда спектр электромагнитного излучения источника излучения меняет характеристики по сравнению с теми, которые первоначально испускал объект . Покраснение происходит из-за рассеяния света пылью и другим веществом в межзвездной среде . Межзвездное покраснение — это явление, отличное от красного смещения , которое представляет собой пропорциональные частотные сдвиги спектров без искажений. Покраснение преимущественно удаляет фотоны с более короткой длиной волны из излучаемого спектра, оставляя фотоны с большей длиной волны (в оптическом свете более красный ), оставляя спектроскопические линии неизменными.
В большинстве фотометрических систем используются фильтры (полосы пропускания), с помощью которых показания силы света могут учитывать широту и влажность среди земных факторов. Межзвездное покраснение приравнивается к «избытку цвета», определяемому как разница между наблюдаемым индексом цвета объекта и его собственным индексом цвета (иногда называемым его нормальным индексом цвета). Последнее представляет собой теоретическую ценность, которую он имел бы, если бы на него не повлияло вымирание. В первой системе, фотометрической системе UBV , разработанной в 1950-х годах, и ее наиболее близких преемниках, избыток цвета объекта связан с цветом B-V объекта (калиброванный синий минус калиброванный видимый) следующим образом:
Для звезды главной последовательности типа А0 (они имеют среднюю длину волны и теплоту среди главной последовательности) показатели цвета калибруются на уровне 0 на основе внутреннего показания такой звезды (± ровно 0,02 в зависимости от того, какая спектральная точка, т. е. точная полоса пропускания в пределах сокращенное название цвета под вопросом, см. индекс цвета ). Затем путем вычитания сравниваются не менее двух и до пяти измеренных полос пропускания по величине: U, B, V, I или R, в ходе которых рассчитывается и вычитается избыток цвета от затухания. Название четырех субиндексов (R минус I и т. д.) и порядок вычитания перекалиброванных величин в этой последовательности идут справа налево.
Межзвездное покраснение происходит потому, что межзвездная пыль поглощает и рассеивает волны синего света больше, чем волны красного света, 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 (см.: Sunset#Colors ). [6]
Вообще говоря, межзвездное поглощение является наиболее сильным на коротких волнах, что обычно наблюдается с помощью методов спектроскопии . Гашение приводит к изменению формы наблюдаемого спектра. На эту общую форму накладываются особенности поглощения (полосы длин волн, в которых интенсивность понижена), которые имеют различное происхождение и могут дать ключ к разгадке химического состава межзвездного материала, например, пылевых зерен . Известные особенности поглощения включают выступ 2175 Å , диффузные межзвездные полосы , элемент водяного льда размером 3,1 мкм , а также элементы силиката размером 10 и 18 мкм .
В окрестностях Солнца скорость межзвездного поглощения в V-диапазоне Джонсона – Казинса (визуальный фильтр), усредненная на длине волны 540 нм, обычно принимается равной 0,7–1,0 магн/кпк – просто среднее значение из-за комковатости межзвездного пыль. [7] [8] [9] В целом, однако, это означает, что яркость звезды в V-диапазоне, наблюдаемой с хорошей точки ночного неба на Земле, будет уменьшаться примерно в 2 раза на каждый килопарсек (3260 световых лет) оно находится дальше от нас.
По отдельным направлениям масштабы вымирания могут быть значительно выше. Например, некоторые регионы Галактического центра наводнены явно промежуточной темной пылью из нашего спирального рукава (и, возможно, других) и сами находятся в выпуклости плотной материи, что вызывает оптическое поглощение более чем на 30 звездных величин, а это означает, что проходит менее 1 оптического фотона из 10 12 . [10] Это приводит к возникновению так называемой зоны избегания , где наш обзор внегалактического неба сильно затруднен, а фоновые галактики, такие как Двингелоо 1 , были обнаружены только недавно посредством наблюдений в радио- и инфракрасном диапазоне .
Общая форма кривой затухания ультрафиолетового излучения в ближнем инфракрасном диапазоне (от 0,125 до 3,5 мкм) (показывающая затухание по величине в зависимости от длины волны, часто инвертированная), если смотреть с нашей точки зрения на другие объекты Млечного Пути , довольно хорошо характеризуется только параметр относительной видимости (такого видимого света) R(V) (который различен на разных лучах зрения), [11] [12] , но известны отклонения от этой характеристики. [13] Распространение закона затухания на средний инфракрасный диапазон длин волн затруднено из-за отсутствия подходящих мишеней и различного вклада особенностей поглощения. [14]
R(V) сравнивает совокупное и частное вымирание. Это A(V)/E(B−V) . Другими словами, это общее затухание A(V), деленное на селективное полное затухание (A(B)-A(V)) этих двух длин волн (диапазонов). A(B) и A(V) — полное затухание в полосах фильтра B и V. Другой мерой, используемой в литературе, является абсолютное поглощение A(λ)/A(V) на длине волны λ, сравнивающее общее поглощение на этой длине волны с таковым в диапазоне V.
Известно, что R(V) коррелирует со средним размером пылинок, вызывающих вымирание. Для Галактики Млечный Путь типичное значение R(V) равно 3,1, [15] , но обнаружено, что оно значительно варьируется в зависимости от угла обзора. [16] В результате при вычислении космических расстояний может быть выгодно перейти к звездным данным из ближнего инфракрасного диапазона (для которого фильтр или полоса пропускания Ks вполне стандартны), где вариации и величина затухания значительно меньше, и аналогичные отношения по R(Ks): [17] 0,49±0,02 и 0,528±0,015 были найдены независимыми группами соответственно. [16] [18] Эти два более современных результата существенно отличаются от обычно упоминаемой исторической ценности ≈0,7. [11]
Взаимосвязь между полным поглощением A(V) (измеряется в модулях ) и плотностью столба нейтральных атомов водорода N H (обычно измеряется в см -2 ) показывает, как связаны газ и пыль в межзвездной среде. . В результате исследований с использованием ультрафиолетовой спектроскопии покрасневших звезд и гало рассеяния рентгеновских лучей в Млечном Пути Предель и Шмитт [19] обнаружили, что связь между N H и A(V) примерно равна:
(см. также: [20] [21] [22] ).
Астрономы определили трехмерное распределение поглощения света в «солнечном круге» (нашем регионе нашей галактики ), используя видимые и ближние инфракрасные звездные наблюдения и модель распределения звезд. [23] [24] Пыль, вызывающая вымирание, в основном лежит вдоль спиральных рукавов , как это наблюдается в других спиральных галактиках .
Чтобы измерить кривую вымирания звезды , спектр звезды сравнивается с наблюдаемым спектром аналогичной звезды, о которой известно, что она не подвержена вымиранию (не окрашенной). [25] Также для сравнения можно использовать теоретический спектр вместо наблюдаемого спектра, но это встречается реже. В случае эмиссионных туманностей обычно рассматривают соотношение двух эмиссионных линий , на которое не должны влиять температура и плотность в туманности. Например, отношение эмиссии альфа-водорода к эмиссии бета-водорода всегда составляет около 2,85 в широком диапазоне условий, преобладающих в туманностях. Следовательно, соотношение, отличное от 2,85, должно быть связано с вымиранием, и таким образом можно рассчитать величину вымирания.
Одной из характерных особенностей измеренных кривых затухания многих объектов Млечного Пути является широкий «выступ» на расстоянии около 2175 Å , расположенный далеко 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. Для объяснения этого выступа было представлено несколько моделей, которые включают графитовые зерна со смесью молекул ПАУ . Исследования межзвездных зерен, включенных в частицы межпланетной пыли (IDP), выявили эту особенность и идентифицировали носитель с органическим углеродом и аморфными силикатами, присутствующими в зернах. [28]
Форма стандартной кривой поглощения зависит от состава МЗС, который варьируется от галактики к галактике. В Местной группе лучше всего определены кривые вымирания Млечного Пути, Малого Магелланова Облака (ММО) и Большого Магелланова Облака (БМО).
В БМО наблюдаются значительные различия в характеристиках ультрафиолетового поглощения с более слабым выступом на 2175 Å и более сильным поглощением в дальнем УФ-диапазоне в области, связанной со сверхоболочкой LMC2 (около области звездообразования 30 Дораду), чем в других местах БМО и БМО. в Млечном Пути. [30] [31] В SMC наблюдаются более экстремальные вариации без выступа на 2175 Å и очень сильное угасание в дальнем УФ-диапазоне в звездообразующем Баре и довольно нормальное угасание ультрафиолета, наблюдаемое в более спокойном Крыле. [32] [33] [34]
Это дает ключ к пониманию состава МЗС в различных галактиках. Ранее считалось, что разные средние кривые поглощения в Млечном Пути, БМО и ММК являются результатом разной металличности трех галактик: металличность БМО составляет около 40% от металличности Млечного Пути , тогда как металличность ММО составляет около 10%. Нахождение кривых поглощения как в БМО, так и в ЮМО, которые аналогичны найденным в Млечном Пути [29] , и обнаружение кривых поглощения в Млечном Пути, которые больше похожи на кривые, обнаруженные в супероболочке LMC2 БМО [35] и в ММО. Бар [36] породил новую интерпретацию. Изменения кривых, наблюдаемые в Магеллановых облаках и Млечном Пути, вместо этого могут быть вызваны обработкой пылевых частиц близлежащим звездообразованием. Эта интерпретация подтверждается работами в галактиках со вспышками звездообразования (которые переживают интенсивные эпизоды звездообразования), которые показывают, что в их пыли отсутствует выступ 2175 Å. [37] [38]
Атмосферное вымирание придает восходящему или заходящему Солнцу оранжевый оттенок и зависит от местоположения и высоты . Астрономические обсерватории обычно могут очень точно охарактеризовать локальную кривую поглощения, чтобы можно было скорректировать наблюдения с учетом эффекта. Тем не менее, атмосфера совершенно непрозрачна для многих длин волн, что требует использования спутников для проведения наблюдений.
Это угасание имеет три основных компонента: рэлеевское рассеяние на молекулах воздуха, рассеяние на твердых частицах и молекулярное поглощение . Молекулярное поглощение часто называют теллурическим поглощением , так как оно вызвано Землей ( теллурическое — синоним земного ) . Важнейшими источниками теллурического поглощения являются молекулярный кислород и озон , сильно поглощающие излучение вблизи ультрафиолета , а также вода , сильно поглощающая инфракрасное излучение .
Величина такого вымирания минимальна в зените наблюдателя и максимальна вблизи горизонта . Данная звезда, предпочтительно в солнечной оппозиции, 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 . аналогично широте наблюдателя ); таким образом, сезонное время из-за осевого наклона имеет решающее значение. Вымирание аппроксимируется путем умножения стандартной кривой поглощения в атмосфере (построенной для каждой длины волны) на среднюю массу воздуха , рассчитанную за период наблюдения. Сухая атмосфера значительно снижает ослабление инфракрасного излучения.
{{cite book}}
: |work=
игнорируется ( помощь )