Stromgrenova kugla

Iz Wikipedije, besplatne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretraživanje
Maglina Rozeta , primjer Stromgrenove sfere

Opseg Stromgren ( eng. Strömgren into sphere) - sferna ljuska joniziranog vodika oko mladih zvijezda spektralnog tipa O ili Bed i . Teoretski temelj za takvu strukturu dao je Bengt Strömgren 1937. Maglina Rozeta jedan je od najpoznatijih primjera ove vrste emisione magline u H II regijama .

Fizičko obrazloženje

Vrlo vruće zvijezde spektralne klase O ili B emitiraju puno energije, posebno u ultraljubičastom dijelu spektra, koja može ionizirati neutralni vodik (HI) okolne međuzvjezdane tvari, zbog čega atom vodika može izgubiti njegov jedini elektron. Ovo stanje atoma vodika označeno je kao H II. Nakon nekog vremena, slobodni elektroni se rekombiniraju s ovim vodikovim ionima. Energija se ponovo emitira, dok se ne emitira jedan foton, već nekoliko fotona niže energije. Fotoni gube energiju pri kretanju s površine zvijezde i nemaju dovoljno energije za ionizaciju atoma. Inače bi većina međuzvjezdanog medija bila u ioniziranom stanju. Strömgren sfera je teorijski model koji opisuje područje ioniziranog plina.

Model

U prvom i najjednostavnijem obliku, koji je zaključio danski astrofizičar Bengt Strömgren 1939. godine, model ispituje utjecaj elektromagnetskog zračenja jedne zvijezde (ili bliskog jata sličnih zvijezda) određene temperature i sjaja na okolnu međuzvjezdanu tvar date gustine. Radi pojednostavljenja proračuna, pretpostavlja se da je međuzvjezdani medij homogen i da se sastoji samo od vodika.

Formula koju je izveo Stromgren opisuje odnos između sjaja i temperature centralne zvijezde s jedne strane i gustoće okolnog vodika s druge strane. Pomoću ovih omjera moguće je izračunati veličinu područja ioniziranog plina. Strömgrenov model također pokazuje da postoji vrlo oštar granični stupanj ionizacije na granici Strömgrenove sfere. Razlog tome je činjenica da je prijelazno područje između ioniziranog vodika i neutralnog vodika vrlo usko u odnosu na ukupnu veličinu Stromgrenove sfere. [1]

Gore navedeni omjeri su sljedeći:

  • što je centralnija zvezda vrelija i svetlija, veća je Stromgrenova sfera;
  • što je gušći okolni vodonik, manja je Stromgrenova sfera.

U Stromgrenovom modelu, sferna regija sastoji se gotovo isključivo od slobodnih protona i elektrona. Vrlo mali broj atoma vodika pojavljuje se kada gustoća raste približno eksponencijalno prema površini. Izvan sfere, zračenje na atomskim frekvencijama snažno hladi gas, što se manifestuje kao tanko područje u kojem zračenje koje emituje zvijezda u velikoj mjeri apsorbiraju atomi koji gube energiju kada se emitiraju u svim smjerovima. Shodno tome, Stromgrenov sistem izgleda kao sjajna zvijezda okružena slabo emitirajućom i slabo vidljivom ovojnicom.

Maglina ogrlica savršen je primjer Stromgrenove kugle, izgleda kao krug svijetlih područja. Zvezda u centralnom regionu je previše slaba da bi se primetila.

U ostatku Supernove 1987A , Stromgrenova ljuska je deformirana u pješčani sat, čiji se rubovi pojavljuju kao tri svijetla kruga.

I originalni Stromgrenov model i modificirani McCulloch model nisu uzeli u obzir utjecaj prašine, zagušenja materijala, detalje transporta zračenja i dinamičke učinke. [2]

istorija

Godine 1938. američki astronomi Otto Struve i Chris T. Elvey objavili su opažanja emisionih maglina u sazviježđima Labud i Cefej, od kojih većina nije bila koncentrirana prema pojedinim sjajnim zvijezdama (za razliku od planetarnih maglina). Predložili su da ultraljubičasto zračenje zvijezda spektralnih tipova O i B može biti neophodan izvor energije za postojanje takvih regija. [3]

Godine 1939. Bengt Strömgren razmatra problem ionizacije i pobude međuzvjezdanog vodika. [1] Upravo je ovo djelo povezano s definicijom Strömgrenove sfere. Međutim, ovaj koncept nastaje još u djelu 1937. [4]

Peter McCulloch je 2000. godine objavio modificirani model koji uzima u obzir sfernu šupljinu, čije središte ne mora da se podudara sa centralnom zvijezdom. Takve šupljine mogu stvoriti zvjezdani vjetar i tijekom eksplozija supernove. Simulirane slike mnogo više podsjećaju na promatrane regije H II od originalnog modela. [2]

Matematički opis

Pretpostavimo da je područje točno sferično, potpuno ionizirano (x = 1) i da se sastoji samo od vodika, tada je kvantitativna gustoća protona jednaka gustoći elektrona ( ). Tada će Stromgrenov radijus odgovarati području u kojem je brzina rekombinacije jednaka brzini ionizacije. Uzmite u obzir brzinu rekombinacije na svim nivoima energije koji je

je stopa rekombinacije za n -ti nivo energije. Razlog isključenja n = 1 je taj što ako se elektron rekombinira izravno u osnovno stanje, tada će atom vodika osloboditi drugi foton koji može ionizirati drugi atom iz osnovnog stanja. To je važno jer električni dipolni mehanizam uvijek ionizira s tla, pa isključujemo n = 1 i dodajemo efekte ionizacije polja. Stopa rekombinacije za određeni nivo energije jednako (za ):

gdje Je koeficijent rekombinacije za n -ti nivo energije u jediničnoj zapremini na temperaturi , što je temperatura elektrona u Kelvinu i obično se smatra jednakom temperaturi cijele sfere. Nakon zbrajanja dobivamo

gdje Je li ukupna stopa rekombinacije, čija je približna vrijednost

Upotreba kao broj nukleona (u ovom slučaju protona) možemo uvesti stepen jonizacije tako-tako , a kvantitativna gustoća neutralnog vodika je ... Korištenje podataka o presjeku (dimenzija odgovara površini) i broju ionizirajućih fotona po jedinici površine u sekundi , procijenimo brzinu ionizacije kako

Radi jednostavnosti, razmotrit ćemo samo geometrijske promjene dok se udaljavamo od izvora ionizirajućeg zračenja (izvora fluksa) ), stoga vrijedi obrnuti kvadratni zakon :

Prijeđimo na određivanje Stromgrenovog radijusa iz stanja ravnoteže između rekombinacije i ionizacije \

zatim, podsjećajući da se regija smatra potpuno ioniziranom ( x = 1):

Ova vrijednost je polumjer područja koje ionizira zvijezda spektralnog tipa O ili B.

Bilješke (uredi)

  1. 1 2 Strömgren, Bengt. Fizičko stanje međuzvjezdanog vodika (engleski) // The Astrophysical Journal . - IOP Publishing , 1939. - Vol. 89 . - P. 526-547 . - doi : 10.1086 / 144074 . - Bibcode : 1939ApJ .... 89..526S .
  2. 1 2 McCullough Peter R. Modificirana Strömgren sfera // Publikacije Astronomskog društva Pacifika . - 2000. - T. 112 , br. 778 . - S. 1542-1548 . - doi : 10.1086 / 317718 . - Bibcode : 2000PASP..112.1542M .
  3. Struve Otto; Elvey Chris T. Emisijske magline u Cygnusu i Cepheusu ( eng.) // of The Astrophysical Journal : journal. - IOP Publishing , 1938. - Vol. 88 . - P. 364-368 . - doi : 10.1086 / 143992 . - Bibcode : 1938ApJ .... 88..364S .
  4. Kuiper Gerard P.; Struve Otto; Strömgren Bengt. Tumačenje ε Aurigae (engleski) // The Astrophysical Journal : journal. - IOP Publishing , 1937. - Vol. 86 . - P. 570-612 . - doi : 10.1086 / 143888 . - Bibcode : 1937ApJ .... 86..570K .