20
лет. Компоненты линий ОН, SiO обычно сильно (до 10(1%) цнркулярно поляризованы;
умеренная линейная поляризация наблюдается в линиях H2O и ОН.Мазерный эффект в космосе - усиление проходящего через космич. среду радиоизлучения за счёт иидуциров. испускания фотонов возбуждёнными
атомами и молекулами среды. Наблюдается M. э. только в отд. радиолиниях в межзвёздной
среде и околозвёздных оболочках (космические, или межзвёздные, мазеры). Все космич. мазеры (KM) работают в непрерывном режиме.
Открыты KM в 1965 [X. Уивер (H. Weaver) и др.]
при исследовании радиоизлучения нек-рых космич. источников (туманность Ориона,
Стрелец В2, W3, W49 и др.). В спектрах этих источников на частотах 1665 и 1667
МГц были обнаружены очень узкие интенсивные линии излучения (длина волны l
ж 18 см), принадлежащие молекулам гидроксила ОН. Обнаруженные линии обусловлены
энергетич. переходами между компонентами L-дуплета осн. состояния молекулы
ОН [см. Лямбда-удвоение (расщепление) уровней энергии молекул]. Позже
сильный M. э, был обнаружен в др. радиолиниях ОН, в линии перехода между вращат.
уровнями энергии осн. электронно-колебат. состояния молекул воды H2O
(22235 МГц, l = 1,35 см), в неск. радиолиниях молекул метилового спирта
CH3OH (l ~ 1,2 см) и при переходах между вращат. уровнями
в возбуждённых колебат. состояниях молекул монооксида кремния SiO (2-7 мм).
Всего в Галактике и соседних галактиках открыты многие сотни сильных KM. Слабый
мазерный эффект наблюдается в радиолиниях нек-рых др. молекул, а также в дециметровом
и более длинноволновых диапазонах на рекомбинационных радиолиниях водорода
с гл. квантовым числом ок. n = 200.
Сильные KM связаны чаще всего с областями звездообразования (мазеры ОН 1-го типа и мазеры H2O). Мощность излучения в радиолинии
H2O ~1027-33 эрг/с, в линиях ОН ~ 1027-30 эрг/с,
SiO ~1029эрг/с, CH3OH ~ 1027 эрг/с.
Источниками излучения являются отдельные пятна
(конденсации) размером ~ 1014 см, которые собраны в "гнёзда"
размером ~ 1016-17 см. Число конденсаций в гнезде 10-100, число гнёзд
в KM 1-10. По частоте излучения отд. конденсации можно определить её лучевую
скорость с точностью 0,1-2 км/с. Разброс лучевых скоростей конденсаций составляет
100 - 300 км/с. Яркостная темп-pa излучения в линии достигает 1015
К для H2O, 1012 К для ОН. 1010 К для SiO. Наблюдения
показали, что интенсивность, ширина, профиль спектральной линии конденсации,
а также её лучевая скорость переменны в интервалах времени от неск. минут до20
лет. Компоненты линий ОН, SiO обычно сильно (до 10(1%) цнркулярно поляризованы;
умеренная линейная поляризация наблюдается в линиях H2O и ОН.
Ещё более мощный M. э. (до 1036 эрг/с)
обнаружен от ядер нек-рых галактик (т. н. мегамазеры), но KM этого типа немногочисленны.
Более распространены слабые KM (KM ОН 2-го типа),
находящиеся в растекающихся холодных оболочках переменных звёзд - сверхгигантов
типа Миры Кита и VY Большого Пса. Мощность KM на молекулах H2O и
ОН (1612 МГц) составляет ~1024-28 эрг/с, а на SiO ~1026-27
эрг/с. Мощность KM в оболочках звёзд коррелирует с ИК-излученпем этих звёзд.
Редкими являются KM на молекулах ОН (1720 МГц),
находящиеся в областях взаимодействия ударных волн остатков вспышек сверхновых звёзд с молекулярными облаками.
M. э. в рекомбинац. радиолиниях возникает на
периферии областей ионизов. водорода.
В атмосферах Марса и, возможно, Венеры имеется
слабая инверсия и усиление ИК-излучения в колебат. полосе CO2, т.
е. там, по-видимому, "работает" слабый естеств. лазер.
Существование M. э. в космосе свидетельствует
о длит, поддержании в естеств. условиях сильно неравновесной заселённости энергетпч.
уровней атомов н молекул. Это возможно лишь в условиях постоянно действующей
накачки, энергии, поддерживающей инверсию населённостей сигнальных
уровней (1,2 на рис.). Цикл накачки включает неск. последовательных переходов:
собственно накачки (в простейшем случае переход между уровнями 1 и 3) и стока
энергии (переход
между уровнями 2 и 3). Механизмы накачки и стока
в KM обозначают символами: RR, RC, CR, CC (первый символ указывает характер
накачки: R - радиационный, С - столкновительный, второй символ - вид стока энергии).
Тип переходов, обусловливающих накачку, указывают в виде индекса справа внизу:
г - вращательный, v - колебательный, е - электронный.
В сильных мазерах ОН 1-го типа преобладает, видимо, RRr-накачка (рис.), в молекулах
H2O, вероятно, CRr-или CCr-накачка.
Схема накачки космического мазера на молекулах
ОН. a - принципиальная трёхуровневая схема: переход 1-3 - накачка,
2-3 - сток, 1-2 - мазерный переход, б - схема RRг-накачки
в сильных мазерах ОН. Показана цепочка ПК-переходов, которая приводит к инверсии
населённостей L-дублета основного состояния ОН. 2П3/2 и
2П1/2 - вращательные уровни, соответствующие двум
возможным ориентациям проекции спина неспаренного электрона на ось молекулы
(тонкое расщепление). Каждый вращательный уровень расщеплён на два: + и - (т.
н. L-удвоение). Линии сверхтонкого расщепления обозначены буквой F. Прямые линии а, г - процесс ИК-накачки; двойными стрелками обозначены
переходы, наблюдаемые в космических мазерах.
Необходимая для M. э. неравновесность заселённости
уровней достигается за счёт мощного ИК-излучения рождающихся массивных звёзд
(протозвёзд) в областях звездообразования
при свободном выходе из среды фотонов стока (напр., в сильных мазерах ОН 1-го
типа при RRr - накачке), за счёт различия температур электронов и молекул в ударных
волнах, за счёт различия температуры газа и радиационной температуры, описывающей
интенсивность поля излучения в среде, а также, возможно, по ряду др. причин.
Слабый M. э. весьма обычен в космосе и соответствует
оптической толщине
в
центре мазерной радиолинии ок. 1-3. Сильный M. э. наблюдается лишь на отд. переходах
тех молекул, к-рые имеют подходящую для эфф. накачки систему уровней (см., напр.,
уровни ОН на рис.).
H. Г. Бочкарёв
|
|
 |
