т.3 No 1

47

О природе метагалактического красного смещения

Это свидетельствует также о том, что сверхтонкая структура атомов межзвёздного газа является достаточно сложной, поскольку подвержена сильному влиянию температурных флуктуаций, неоднородности состава газа, эффекта Зеемана и т.п. И хотя, с точки зрения земных условий возбуждения люминесценции, амплитуда этих флуктуаций мала, но и метастабильный уровень водорода тоже слишком близко расположен к невозмущенному уровню, что делает влияние флуктуаций существенными. Одним из следствий этого будет уширение спектральной линии.

В качестве иллюстрации на рис. 13 приведены профили линии 21 см из работы Шкловского [20, стр. 45, рис. 15], на которых хорошо виден спад интенсивности радиоизлучения в обоих направлениях от спектральной линии, что характерно именно для стохастических процессов. Но сам Шкловский связывал данное расширение с эффектом Допплера: "Дело в том, что излучающие эту линию атомы межзвёздного нейтрального водорода участвуют в нескольких движениях, что по причине эффекта Допплера приводит к расширению линии. Атомы межзвёздного газа, во-первых, имеют тепловые скорости, соответствующие их кинетическим температурам, во-вторых, отдельные облака межзвёздного газа движутся как целое со скоростью около 10 км/с. Наконец, межзвёздный газ, так же как и звёзды, участвует в галактическом вращении. Скорость галактического вращения весьма велика - в окрестностях Солнца она около 200 км/сек, причём само вращение носит довольно сложный, отнюдь не "твердотельный" характер" [20, стр. 44]. По подсчётам Шкловского, для объяснения уширения линий за счёт эффекта Допплера требуется скорость газа порядка +/- 100 км/сек. Но это скорости, сравнимые со скоростью потока высокоэнергетичных частиц - например при вспышках на Солнце. "Вспышки на Cолнце порождают более мощные потоки. Поток движется со скоростью 400 - 1000 км/сек" [21, стр. 54]. В то же время сам Шкловский признавал низкую кинетическую температуру межзвёздного газа, что не может соответствовать указанным скоростям атомов водорода. Если же говорить о движении облаков как целого, то это приводило бы к смещению спектральной линии, но не к её уширению. Подобное уширение может быть только следствием влияния флуктуаций на параметр, сравнимый по величине с самими флуктуациями, что в полной мере соответствует описанной нами выше модели спонтанной радиолюминесценции.

Рис. 13. Профили спектра радиолинии 21 см. [20, стр. 45, рис. 15]

На расширение диапазона радиоизлучения межзвёздного газа влияет и тот факт, что исследованная нами линия 21 см является не единственной сверхтонкой структурой, порождающей подобный вид флуоресценции. "Ещё в 1948 г. автор этой книги (И.С. Шкловский - авт.) обратил внимание на то, что в радиоспектре Галактики следует ожидать аналогичной природы линию тяжёлого изотопа водорода - дейтерия с длиной волны около 92 см. Только спустя 24 года эта слабая линия была обнаружена" [20, стр. 51]. Наличия подобной сверхтонкой структуры следует ожидать и у других компонент межзвёздного газа в условиях сверхвысокого разряжения и низкой кинетической температуры. Всё это с одной стороны будет усреднять скорость изменения частоты света с расстоянием, а с другой стороны будет приводить к излучению в широком диапазоне радиоволн.

Следует отметить, что, проводя исследование люминесценции разреженных газов, мы, безусловно, не пытаемся представить вопрос так, что это явление способно объяснить все процессы, происходящие во вселенной, как и не пытаемся утверждать, что всё радиоизлучение во вселенной является следствием описанной радиолюминесценции. Многообразие явлений, условий и проявлений как раз и обусловливает столь сложную картину, которую приходится расшифровывать учёным уже многих поколений. Но в конкретном случае радиоизлучения межзвёздного газа, причиной не могут быть ни синхротронные эффекты, ни колебания плазмы, которыми в настоящее время пытаются объяснить данный эффект, хотя ряд проявлений этих явлений и создает обманчивую картину процессов, сходных с наблюдаемыми. Тем не менее, несложно показать, что при указанных механизмах излучения мы не получили бы вышеописанных характерных особенностей представленных изофот.