Введение к работе
Актуальность темы :
Данная работа посвящена исследованию процесса образования позитрония в астрофизических объектах. Рассмотрен процесс формирования характеристических линий позитрония в астрофизических условиях и возможность их наблюдения.
Простейшая водородоподобная система - позитроний CPs) С связанная система, состоящая из электрона и позитрона) является уникальным квантовомеханическим объектом. Для ее описания требуется лишь знание электромагнитного взаимодействия и, естественно, соответствие расчетных.и экспериментальных характеристик " рассматривается как непосредственная проверка квантовой электродинамики.Несмотря на многолетние исследования и прекрасные согласия экспериментальных и теоретических результатов до сих пор остаются нерешенные проблемы. Так до настоящего времени существует различие в экспериментальном и расчетном значении ширины основного уровня ортопоэитрония. Таким образом, несмотря на успешные исследования в течение нескольких десятилетий атом позитрония остается интересным и уникальным объектом в современной физике.
Бурное развитие рентгеновской и гамма - астрономии за последнее десятилетие продемонстрировало исключительную важность аннигиляционных процессов в современной астрофизике. За последнее время были зарегистрированы многочисленные объекты, в спектрах которых присутствовала аннигиляционная
-4-линия е+е~ в районе Sll KeV Срадиопульсары, х и у- источники, солнечные вспышки и другие}. Огромный интерес на протяжении последнего десятилетия вызывает обнаружение узкой аннигиляцион-ной линии 511 Кзв в направлении на Галактический Центр. Проводятся многочисленные наблюдения для выяснения природы процессов в Галактическоы Центре, приводяшх к формированию данной линии. Таким образом, несомненно существование во Вселенной процессов приводящих к множественному рождению позитронов и последующей их аннигиляции. Как показывает теоретический анализ, аннигиляция позитронов сопровождается образованием большого числа атомов Ps и формированием в спектрах объектов его характерных линий. Возможная регистрация этих особенностей в спектрах дала бы важную информацию о процессах рождения е+е" пар, характеристиках объектов, где происходит рождение и аннигиляция таких пар, состоянии межзвездной среды худа возможны выбросы позитронов. Регистрация линий Ps в различных диапазонах Свплоть до радио) позволяет изучать высокоэнергичные процессы, приводящие к формированию х и у - спектров, с другой точки зрения. Несомненно, что будущие миссии с более чувствительными спектрометрами будут приводить к открытию все большего числа объектов, в спектрах которых присутствуют аняигиляционные особенности. Таким образом,спектральные особенности Ps в спектрах космических объектов являются важными источниками информации и их регистрация является важнейшей задачей, обусловленной быстрым развитием х , у и радио- астрономии.
Поэтому, теоретическое исследование процессов, приводящих к образованию позитрония и формированию его характерных линий
-5-в спектрах астрофизических объектов , в настоящее время представляется актуальным.
Научная новизна работы.
1) Впервые рассмотрен процесс образования позитрония в возбуж
денных состояниях при различных состояниях межзвездной среды :
А) ионизованный водород, Б) атомарный водород, СЗ молекулярный водород.
-
Впервые получены распределения заселенностей состояний позитрония с учетом квантовых чисел N,L для радиационной рекомбинации в широкой области начальных условий.
-
Впервые получены скорости столкновительных переходов внутри оболочки N = 2 позитрония Сс учетом тонкой структуры уровней ) для случая среды, состоящей из ионизованного водорода.
43 Впервые рассчитаны критические плотности ионизованного водорода для орто- и парапозитрония, выше которых необходим учет -столкновительных переходов при рассмотрении процесса девозбуж-дения низколежащих уровней позитрония.
53 Впервые доказано отсутствие дополнительного подавления образования позитрония в возбужденных состояниях (из-за эндотер-мичности реакций ) при аннигиляции в атомарном и молекулярном водороде в типичных условиях межзвездной среды, 63 Впервые указано на возможность изменения режимов аннигиляции Содно- и двухквантовой) в постглитчевый период радиопульсаров.
8) Впервые рассчитаны потоки излучения в направлении на Галактический Центр, отвечающие :
А) переходам между низколекацими уровнями Ps
Б) радиорекомбинационным линиям Ps
С) переходам между компонентами тонкой структуры.
Научная и практическая ценность работы.
Учет полученных в диссертационной работе результатов важен для планирования и проведения наблюдений линий позитрония в направлении на Галактический Центр, которые ведутся в настоящее время; для получения информации о состоянии межзвездной среды, физических условиях в астрофизических объектах по данным наблюдений характеристических линий позитрония; для построения моделей постглитчевого поведения радиопульсаров.
Апробация работы и публикации.
Отдельные результаты, полученные в диссертации, докладывались на семинарах в АКЦ ФИАН.ГАИШ ;на международных конференциях: Атомы, ионы и молекулы- новые результаты астрофизики спектральных линий (США, 1990) ; Астрохимия космических явлений СБразилия, 199S) ; Многоволновое приближение в гамма астрономии (Швейцария, 1993); 17 Техасский симпозиум по релятивистской астрофизике (Германия, 1994). По теме диссертации опубликовано пять работ, одна работа послана в печать. ( список работ приводится в конце автореферата ).
На защиту выносятся следующие результаты. 1) Найдены вероятности образования состояний позитрония ( с учетом квантового числа L ) при радиационной- рекомбинации при
-7-различных энергиях налетающего позитрона. Получено наиболее вероятное значение L внутри оболочки с данным N >> 1.
-
Вычислены сечения столкновительных переходов внутри оболочки N = 2 позитрония в случае ионизованной среды. Рассчитаны критические плотности ионизованного водорода , выше которых столкновения оказывают существенное влияние на формирование линий, отвечающих переходам между низколежавдми уровнями позитрония.
-
Доказательство того факта, что отсутствует дополнительное подавление образования позитрония в возбужденных состояниях (из-за эндотермичности реакций) при аннигиляции в атомарном-и молекулярном водороде в типичных условиях межзвездной среды.
-
Доказательство возможности появления переменности аннигиля-ционной линии в постглитчевый период радиопульсаров, связанной с изменением режима аннигиляции ( одно- и двухквантовой, в зависимости от величины магнитного поля 3.
-
Найдены потоки излучения в направлении на Галактический Центр, отвечающие :
А) переходам между низколежащими уровнями Ps
Б) радиорекомбинационным линиям Ps
С) переходам между компонентами тонкой структуры.
Структура диссертации.
Диссертация состоит из Введения, четырех Глав, Заключения, четырех Приложений и списка цитированной литературы. Работа содержит 121 страницу, 4 рисунка, 2 таблицы, список литературы включает 101 наименование.