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星間物理学 講義2: 星間空間の物理状態...
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星間物理学 講義2:
星間空間の物理状態
星間空間のガスの典型的パラメータどうしてそうなっているのか
2012/10/24
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銀河系内のガスの諸相
Myers et al. 1978, ApJ, 225, 380
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星間ガス (Protosolar) の組成比
“Physics of the Interstellar and Intergalactic Medium”
Draine 2011
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さまざまな銀河におけるダストの組成 ( ガスダスト比 )
Draine et al. 2007, ApJ, 663, 866
赤外 SED から推定されるダスト量とガス (HI+H2(from CO)) の比を金属量、銀河のタイプに対してプロットしたもの。 H2/CO 比を仮定。
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星間ガスの平衡温度、密度 : 冷却率と加熱率のつりあう点=平衡状態として存在できる
加熱率を 10 倍した場合、低温のモードでは周りの圧力より大きくなる。
銀河系ディスク面での典型的圧力
銀河系ディスク面での典型的磁気圧
Cox et al. 2005, ARAA, 43, 337
密度が薄いところでは CII, OI の輝線の冷却は効かず Lya の冷却が効き始める 10^4 K まで加熱される。
圧力平衡にある場合この領域では不安定:密度が少し高くなってカーブの上に出た場合、冷却率が加熱率を上回り、温度が下がり密度がさらに高くなる。
温度が <100K になると CII の冷却が効かなくなりそれ以上冷却できない。高温の
中性水素ガス
低温の
中性水素ガス
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水素のエネルギー準位図 (Grotorian Diagram)
小暮 1994 星間物理学
重要な点:
電離に必要なエネルギー 13.53eV (912A)
第一励起状態へのエネルギー
10.15 eV (1216A:Lya)
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ヘリウムのエネルギー準位図 (Grotorian diagram)
小暮 1994 星間物理学
重要な点:
1階電離に必要なエネルギー 24.47eV(504A) 、2階電離に必要なエネルギー 54.12eV(228A)
第一励起状態へのエネルギー 19.77eV(624A) と 40.50eV(304A)
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電子の速度分布 (Maxwell-Boltzmann 分布 ) 、エネルギー分布
“Atomic Astrophysics and Spectroscopy” Pradhan & Nahar 2011
20,000K 程度の温度であっても電離エネルギーに匹敵するようなエネルギーを持つ電子はほとんどない。
100,000K を超える温度になると衝突による電離が効いてくる。
水素やヘリウムなどを電離するにはほかの電離過程が必要。
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電離の断面積:水素、ヘリウム
“Atomic Astrophysics and Spectroscopy” Pradhan & Nahar 2011
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紫外線の光子による電離過程:星の有効温度と電離光子の数
Sternberg et al. 2003, ApJ, 599, 1333
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紫外線の光子による電離過程:星の有効温度と電離光子の数
“Astrophysics of Gaseous Nebulae and Active Galactic Nuclei” Osterbrock & Ferland 2006
Teff (K) Log Q (ph/s)
O3V 51,200 49.87
O4V 48,700 49.70
O5V 46,100 49.53
O6V 43,600 49.34
O7V 41,000 49.12
O8V 38,400 48.87
O9V 35,900 48.56
B0V 33,300 48.16
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各原子の電離エネルギー
“Physics of the Interstellar and Intergalactic Medium”
Draine 2011
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電子の速度分布 (Maxwell-Boltzmann 分布 ) 、エネルギー分布
“Atomic Astrophysics and Spectroscopy” Pradhan & Nahar 2011
酸素なども電離するためには数10eV のエネルギーが必要であり電子との衝突による電離が起こるためには 100,000K を超える温度が必要。
電子と陽子のスピンの向きによって決まる水素の超微細構造線 (Hyperfine structure line) は低い温度でも励起される。
電子のスピンの向きで決まる炭素などの微細構造線 (fine structure line) も低い温度でも励起される。
酸素などは水素と違い基底状態から比較的低いエネルギーで励起されるエネルギー順位を持つ。
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酸素原子、イオンのエネルギー順位:微細構造線
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酸素 O のエネルギー準位図 点線は禁制遷移
Partial Grotrian Diagrams of Astrophysical Interesthttp://ned.ipac.caltech.edu/level5/Ewald/Grotrian/frames.html
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1 回電離酸素 OII (O+) のエネルギー準位図 点線は禁制遷移
Partial Grotrian Diagrams of Astrophysical Interesthttp://ned.ipac.caltech.edu/level5/Ewald/Grotrian/frames.html
3727A ~ 3eV
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2 回電離酸素 OIII (O++) のエネルギー準位図 点線は禁制遷移
Partial Grotrian Diagrams of Astrophysical Interesthttp://ned.ipac.caltech.edu/level5/Ewald/Grotrian/frames.html