Рентгеновская астрономия<< 7. Лабораторная работа N 1 | Оглавление | Литература >>
8. Лабораторная работа N 2
Данная лабораторная работа связана с определением температуры, электронной концентрации и массы излучающего газа в скоплениях галактик по его рентгеновскому излучению, красному смещению и угловому радиусу скопления.
Температура газа определяется путем аппроксимации формы наблюдаемого
рентгеновского спектра спектром оптически тонкой плазмы (2):
 |
(46) |
Электронная концентрация находится с помощью известного интегрального по
частоте потока 
путем определения меры эмиссии
 |
(47) |
- линейный размер скопления вдоль
луча зрения.
Масса излучающего газа находится интегрированием пространственной плотности
скопления по его объему:
=1.67 10
г - масса протона.
8.1 Порядок выполнения работы
Для выполнения работы необходимо иметь рентгеновский спектр скопления, красное
смещение 
и угловой радиус данного скопления 
. В качестве
углового радиуса скопления мы берем радиус, внутри которого
рентгеновское излучение газа скопления приблизительно постоянно. Работу
необходимо выполнить для двух скоплений - в созвездиях Волосы Вероники и
Персей. Данные об этих скоплениях суммированы в Таблице 2, а их
рентгеновские спектры представлены в Таблице 3.
| lg E [keV] | lg F |
lg E [keV] | lg F |
| 0.48 | -1.84 | 0.19 | -0.85 |
| 0.56 | -1.96 | 0.29 | -1 |
| 0.63 | -2.08 | 0.46 | -1.25 |
| 0.68 | -2.21 | 0.57 | -1.42 |
| 0.73 | -2.35 | 0.67 | -1.67 |
| 0.78 | -2.43 | 0.78 | -1.88 |
| 0.89 | -2.64 | 0.89 | -2.18 |
| 0.95 | -2.83 | 0.97 | -2.38 |
| 1.04 | -3.09 | 1.07 | -2.69 |
| 1.10 | -3.31 | 1.18 | -3.0 |
| 1.18 | -3.46 | 1.28 | -3.44 |
| 1.28 | -3.86 | 1.36 | -3.81 |
| 1.37 | -4.13 | 1.42 | -4.36 |
| 1.44 | -4.52 | 1.48 | -4.42 |
- Необходимо определить линейное расстояние до скопления используя закон
Хаббла:
где H = 75 км/с/Мпк - постоянная Хаббла, c = 299792.5 км/с, 1 Мпк = 3.086 10
(49) 
см.
Зная линейное расстояние и угловой радиус, найти линейный диаметр
и объем скопления:
(50)
(51) - Найти температуру излучающего газа путем аппроксимации спектра методом
наименьших квадратов. В данном случае температура определяется по следующей
формуле:
Необходимо помнить, что таким образом будет определена величина
,
выраженная в килоэлектронвольтах. Поток 
необходимо получить
из 
используя формулу (1).
Здесь
- энергия фотонов в данной точке спектра, а 
--
число точек в спектре. Кроме того, необходимо вычислить константу 
:
и вычислить средние ошибки их определения.
(53) - Вычислить интегральный поток от горячего газа скопления по формуле
затем необходимо перевести его в поток с единицы поверхности межгалактического газа
(54)
и, приравняв его теоретическому значению потока, найти меру эмиссии
(55)
Здесь
(56) 
-
интегральное значение фактора Гаунта, равное в данном
случае 1.2.
- На данном этапе необходимо определить массу излучающего газа. Для этого
необходимо определить среднюю концентрацию частиц
из меры эмиссии
, считая ее постоянной вдоль видимого радиуса проекции скопления на
картинную плоскость и затем найти массу
газа, интегрируя по объему скопления (формула (48)).
Необходимо также найти рентгеновскую светимость скопления, умножив поток с единицы его площади на излучающую площадь скопления:
(57)
Для сдачи работы необходимо представить:
- Обработанные спектры скоплений и систему условных уравнений.
- Значения
, выраженые в кэВ и градусах Кельвина, и их ошибки.
- Значения средней электронной концентрации , массы газа
,
рентгеновской светимости 
и всех промежуточных величин.
8.2 Контрольные вопросы
- Излучение горячего оптически тонкого газа.
- Принципы определения температуры, плотности и массы излучающего газа
в скоплениях галактик.
- Закон Хаббла
- Вывести формулу (52)
| Скорость света |  = 2.997925  10 см с |
| Гравитационная постоянная |  = 6.672 10 дин см г |
| Постоянная Планка |  = 6.626 10 эрг с |
| Масса протона | = 1.673 10 г |
| Постоянная Больцмана |  = 1.380 10 эрг град |
| Электронвольт в эргах | 1 эВ = 1.602 10 эрг |
| Парсек | 3.086 10 см |
| Масса Солнца | 1.991 10 г |
| Светимость Солнца | 3.86 10 эрг с |
| Радиус Солнца | 6.960 10 см |
| Число секунд в году | 3.156 10 с |
<< 7. Лабораторная работа N 1 | Оглавление | Литература >>
|
Публикации с ключевыми словами:
рентгеновское излучение - космические обсерватории - детекторы излучения - рентгеновские источники
Публикации со словами: рентгеновское излучение - космические обсерватории - детекторы излучения - рентгеновские источники | |
См. также:
Все публикации на ту же тему >> | |
