Бальмеровские линии в хроносферах Солнца и поздних звезд Бруевич, Елена Александровна

Введение к работе

Актуальность теж

Одним из проявлений вспксечной активности Солнца и зпезд, которому уделяется пристальное внимание прн наблюдениях, ярляєтся эиес-сиошшй спектр и водородных линиях. До 60-х годов наблюдения із водородной линии Н били основным источником знаний о процессах; протекающих п солнечных зеныаках. Начиная с первой рег^стршт-. солкач!«ой лспкшкі! Кзрр;і]'Гто^гс:---. и 1259 г., Зиіі собраїї огсснниї; пабляїмтЕдчлиі";;

Материал ПО СЗЗЧЄНГЮ ПСПЫЕеН В ОПТНЧПСНОМ ДИЕГійЗО.ЧЄ ЛО НИЗКО";. СіШЄ-

ратуркому cbcvti.'ho, .'грегце scero з ляііля К„, Но до яоя.плрчия знядт-косферных, npf"^T!c -недго рентге'новгинх_; исследований, я? г.<.«.н.-. по-;'--

їіаНЧЯ PCOl'O'KO '^гіЛ' ." f, "ЗНЧОСКИХ ЛрСІЧДЄККК ЕСтД7.ЭЧ<;ГЛ' .'і>^;і'?'і.'О''.": . РеПТГеНОЕСіСИГ ,-.;c;^;'.';,.i'a'-V.F! позволили .-ізу-іить «esjoene."',.' Сй^і-г^Г^; ;lpj-явлеиііо первичного провеса - значительного энергозйделени!. « раз-ревенных, внески;: cxoh.r лтмосс^еры. исследования гсоказьлч, V"f --; Солнце в импульсной (меткой) ($азе встгакк їіронсх^дігг ускоряй';*? большого числа злр^.тгокое до зкергяй порядка 1013 ;<эБ. 3pvev формируется корональное обл.іко, нагретое до 20 - Z0 шїдячоноі? градусов, нзлучаюцее в иягкои рентгакоЕскс?.: диапазоне Потока электронов и тепла распространкитсй от области первичного энзэговнделзния вниз, вдоль линий магнитного поля. Этот потек вторгается г> .плотные слои хромосферы, кызиьая развитие газодинамических процессов.

В результате газодинамического отклика хроносферзз яа импульсный нагрев потоками электронов и тепла, образуется упготяение - низкотемпературная конденсация, которую ОЇСЦДЄСТВЛЯЮЇ с осксенкм источником всішеєчного свечения а зодородиіж лзшаях (1—4J. Горячки газ заполняет ісорональїше язгли ы становится ястечнкнол рен^геяезского излучения вспышек.

Газодинамические расчеты, проведення; з псслєдшїє ьрвля с использованием двухтегтературпого приближения и более созрс-ганъсГ' постановки задачи [5І, показали, что общий характер оеиеякя остается тек же, что н а первых работах \2\.

При взрывном испарении хромосферу (explosive avaporatiort) \;езду фронтон движущейся вниз ударной волн',: з? скачком температури всегда образуется уплотнение газа толщинок всего г і - 10"км Это /плотпе-ние - светящуюся в водородных линиях ооолочку над облагаемым участком фотосфери, считают источником низкотемпературного вспыпечкого

- ъ -

излучения. Подобные газодинамические рассмотрения проводились и для звездных вспышек - аналогов солнечных вспышек. В этом случае также, как и импульсной фазе солнечных вспышек, происходило образование конденсации, которая отличалась от солнечной зспышечной конденсации значениями плотности, температуры и других физических параметров.

В одних вариантах газодинамических расчетов оптическое свечение было значительным, в других - исчезающе малым. Одним из исследуемых ниже случаев будет вариант расчета, когда вспыкечная солнечная конденсация является источником излучения в оптическом континууме. Этот случай - случай белой вспышки интересен как один из предельных вариантов газодинамических расчетов и характерен для наиболее значительных вспышчных событий.

Расчеты кинетики водородного атома в условиях, отличных от ЯТР, требуются для вычислений интенсивности водородных линий, бальмеров-ских декрементов и для всех тех приложений, для которых необходимо знать заселенность уровней атома водорода.

Метод расчета, примененный а данной работе, состоит в решении уравнений стационарности одновременно с приближенным решением уравнений переноса в линиях.

С формальной точки зрения расчеты, выполненные в диссертации, отличаются от рассмотрения Геыберга и Шноля f6j тем, что система параметров # - вероятностей выхода фотона из среды - взята для неподвижной, а не для двинущейся среды.

Поскольку само решение не очень сильно зависит от значений величин (3 , то при близких значениях о , используемых здесь и в (6,71, получены близкие общие результаты. Это относится к основным зависимостям возбуждения к ионизации водорода от физических условий в среде. Так, степень ионизации водорода, зависимости величины мензеловского мнонителя Ь от параметров л и Т , постепенность перехода к условиям ДТР с ростом їь а т^ практически сов-

падает с результатами І6І. Аналогичное утверждение относится и к сравнению с данными (7]. Таким образ.ом, одним из результатов расчетов по.методике, используемой в диссертации, является то, что вероятностное рассмотрение возможно не только для движущейся, но и для неподвижной сред , с учетом того, что диффузия по частотам вызывается в нашем случае эффектом Доплера при многократных рассеяниях .

Но для репакия ряда задач, например, количественной интерпретации балькеровского декремента I8-103 необходимо отказаться от движущихся сред в случае малых градиентов скоростей двияения плазмы и прямо рассматривать случай неподкиккой средн. Дополнительно к рассмотрению [6] здесь учтено влияние знгзнего фотосферного излучения, что в рпдэ случаев сказалось на поятчеышх результатах.

Вознояшосзъ решєшш системи уравнений стационарности вместе с вероятностный рассмотрением проблем перекоса излучения в линиях позволяет осуществить а данной работе решение ряда астрофизических задач, связанных с вычислением абсолютах профилей линии Н для типичных параметров источника низкотемпературного излучения импульсных солнечнх-; и звездных вспыа-ек, зкездніїх баяь^грозских декрементов вке и во зреия вслагек ?: провести чеследозаикя связи параметров ІЇ - пройилп с мощностью первичного знсргоВігделекЕїЯ зо эенкшках

Цель и задачі: исследования

Настоящая работа предпринята с целью построения метода репання системы уравнений стационарности с пркблЕнеяикт, рассмотрением переноса излучения із линиях с посяедуишим применением этого метода ДЛЯ.' решения ряда астрофизических задач, связанных с бгльизровским «элучением з хромосферах Солнца и звезд вне и ?о зрг»я венкнек в отсутствие ЛТР.

Необходимо было дать теоретически обоснованное рассмотрение вопроса о выходе фотонов го ненодзикной, оптически толстой среди, найти методику использования результатов этого рассмотрения для определения икнетикя водородного атома, учесть п необходимых: случаях зиепнеа йотосферное нзлучаггио. Іотд разрасотаяетя мзуод реяе-ния уравнений стационарности с праб?:яконзгава рекезіжїм уравнений яере-поса нонет использоваться для глфекого круга задач, з дамкой рабоге ок арі!!їег!яе".'ся и гфокоейерной конденсации, диащцр.'лся как аднно^ целое в і.ііпульгной (жесткой) фазе йспыаех, а гачпе к скокой:-:?. <рс-кесферач зспнхязакшпгх звезд,

Научная новизна

Научная новизна лолученмьк в данной диссертации результатов определяется следующими полоненнями:

- ь -

і. Впервые вычислена чистая радиационная, скобка HRB в рамках вероятностного метода для неподвкнной среды.

2 Впервые для решения уравнения стационарности использован модифицированный метод Ньютона, воплощенный в методе HOKLINEAR, что позволило решать систему линейных уравнений с различающимися на несколько порядков величины коэффициентами, достаточно эффективно и без выхода ка ложные решений.

3. Впервые исследованы общие свойства плазмы для иеподвишюй среды g
большом интервале непрозрачности в резонансной линии от малых г

до v = 10^в, (Более ранние расчеты ограничивались величиной

х =**10* - 20⁶).

4. С использованием результатов газодинамических расчетов впервые
дана исчерпывающая интерпретация поведения профиля линии Н в
ярких точках импульсной (несткой) фазы вспышек. Выявлена тенден
ция к статистической связи между потоками энергии, нзлучаекой б
И , и нагревающими хромосферу потоками частиц и тепла из обяас-
їй первичногоэнерговыделеиик во вспыаках.

Научная к практическая ценность

Метод решения системы уравнений стационарности с совместным вероятностным рассмотрением системы уравнений переноса излучения з лк ниях воплощен е программе, написанной на языке FORTRAN, легко конег быть использован другими исследователями для решения больсого круга задач о кинетике атома водорода в условиях, отличных от ЛТР, в кепо движкой среде.

Статистическая связь меаду потоками энергии, излучаемой в Н , к нагревающими хромосферу потоками частиц и тепла, выявленная в рабе те, позволяет делать прогностические оценки полной энергии, выделях щейся из области первичного энерговыделения во вспышках по энергетике вторичных эффектов во вспышках.

Полонений, выносимые на зациту

1. Метод решения системы уравнений стационарности для зосьмиуровне-вого атома с континуумом. Этот метод включает в себя приближении рассмотрение проблемы переноса излучения в линиях с использованием вероятностного подхода для неподвижной среды.

, --7-

1. Результаты расчетов задачи кинетики водородного атома в атмосферах Солнца и поздних звезд с учетом и без учета влияния фотосфер-ного излучения для интервала непрозрачностей в центре резонансных линий от малих значений оптической толщи до значений порядка 10 .

2. Интерпретация профилей Н в импульсной фазе солнечных и звездных вспышек различной мощности, основанную на газодинамических расчетах вторичных процессов во вспышках. При этом выявлена тесная связь между интенсивностью и полушириной линии для импульсных событий. Показано, что характеристики профиля Н фактически определяются обцей энергетикой процесса.

3. Найдено, что при звездных вспышках бальмеровский декремент должен становиться более пологим По сравнению с вневспышечньш, Определены общие характеристики бальмеровского свечения звездных вспьшек при награье хромос&оры электреннкм пучком.

Апробация работы

Основные результаты диссертации докладывались в ИЗМИРАНе на семинарах лаборатории гел^огеофизики, на конфереяцич молодых учетя ШГ (2-я премия, 1987 г.), на IAU Simp, 137 (Бвргкан, 1989), на секцт-"Физика солнечных геоэффективных процессов" научного совета РАН по проблеме "Физика солнечно-земных связей" (Астросовет, 1994),

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 6 статьях, из них 5 работ выполнены с соавторами.

Структура и объем диссертации