Физическая энциклопедия - астрофизика

раздел астрономии, изучающий физ. св-ва небесных тел и протекающие в них и в косм. пр-ве процессы. Широкое использование в астрономии открытых в земных условиях физ. законов и методов исследования началось со спектрального анализа. Этот метод оказался настолько эфф., что стал одним из важнейших методов астрономии. Спектр. анализ излучения удалённых косм.

объектов дал возможность определить их плотность, темп-ру, хим. состав, хар-р и скорости внутр. движений и даже присутствие в них электрич. и магн.полей. Несмотря на эти огромные достижения, классич. А., основанная на спектр. анализе оптич. излучения, была существенно ограничена. Излучение в оптич. диапазоне составляет лишь очень малую часть достигающего Земли спектра эл.-магн. излучения. Более того, области, в к-рых формируется оптич. излучение, обладают, как правило, большой плотностью, и в них быстро устанавливается термодинамич. равновесие. Поэтому в результате спектр. исследований в оптич. диапазоне сформировалась картина мира, в к-рой главенствовали гравитац. силы и равновесные тепловые процессы, а гл. задачей представлялось определение механич. и термодинамич. параметров тех или иных объектов. Так продолжалось почти до сер. 20 в., когда первый серьёзный удар по этим представлениям нанесла начавшая интенсивно развиваться радиоастрономия. Правда, ещё задолго до этого выяснилось, что источником энергии звёзд явл. термоядерные реакции, а представление о термояд. синтезе возникло именно в А. На существование неравновесных процессов во Вселенной указывали также космические лучи ч-цы очень высокой энергии (распределение ч-ц косм.

лучей по энергиям резко отличается от равновесного, см. Больцмана распределение). Радиоастр. наблюдения выявили в Галактике косм. радиоисточники, в к-рых эфф. темп-pa достигает столь высоких значений (=1015 К), что считать это излучение излучением находящегося в тепловом равновесии газа нельзя. Исследования спектров радиоизлучения таких источников действительно установили их нетепловую природу.

В частности, были обнаружены косм. мазеры источники мощного когерентного радиоизлучения в отд. линиях молекул межзвёздного газа (см. МАЗЕР). Т. о., во Вселенной были обнаружены интенсивные нетепловые процессы, связанные с ускорением эл-нов до очень высоких, ультрарелятив. энергий. Синхротронное излучение таких эл-нов преим. наблюдается в радиодиапазоне.

Процесс ускорения ч-ц связан, по-видимому, со взрывами звёзд появлением т. н. сверхновых звёзд, которые рассматриваются как осн. источник косм. лучей в Галактике. Сходные процессы протекают также в массивных ядрах галактик. В этой связи важное значение в А. приобрели исследования эволюции и равновесия больших газовых масс, а также звёзд с учётом закономерностей физики элем.

ч-ц и яд. физики. В частности, очень важной оказалась роль нейтрино в переносе энергии в звёздах и соотв. в динамике звёздных взрывов и гравитационных коллапсов. Стало необходимым учитывать эффекты общей теории относительности (особенно для нейтронных звёзд и чёрных дыр), а также эффекты квант. теории поля, ведущие к рождению ч-ц в очень сильных гравитац. полях (к «испарению» чёрных дыр). Исключительно интересным астрофнз. объектом оказались пульсары открытые в 1967 источники импульсного радиоизлучения. С обнаружением пульсаров звёзд с плотностью в-ва, близкой к ядерной (=1014 г/см3), нейтронные звёзды перестали быть объектом лишь теор. исследований. Высокая стабильность периода между импульсами у пульсаров позволила исследовать эффект запаздывания прихода радиоимпульсов на разных частотах и установить плотность и темп-ру межзвёздного электронного газа, а также общую зависимость показателя преломления межзвёздной среды от частоты.

Важнейшая роль нейтронных звёзд выявилась также при исследовании природы косм. рентг. излучения. Были открыты импульсные источники рентг. излучения рентг. б а р с т е р ы, к-рые, согласно совр. представлениям, обусловлены аккрецией в-ва на нейтронную звезду в тесной двойной системе. В результате исследования косм. синхротронного излучения, поляризации света звёзд, структуры межзвёздных туманностей, св-в косм.

лучей выяснилось, что Галактика пронизана магн. полями достаточной силы, чтобы существенно влиять на динамику межзвёздного газа, формирование звёзд и распространение косм. лучей. Более того, ускорение заряж. ч-ц, дающих нетепловое излучение, тесно связано с изменяющимися во времени полями.

Поведение косм. плазмы в магн. полях звёзд и межзвёздной среды стало предметом изучения быстро развивающейся с сер. 20 в. косм. электродинамики. Для Солнца эл.-магн. процессы в плазме не только определяют структуру короны, форму протуберанцев, цикличность его активности, но и самые мощные нестационарные процессы в Солн. системе вспышки на Солнце.

Эти вспышки явл. пока единственным доступным для прямого изучения процессом генерации косм. лучей во Вселенной (см. КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ). Весьма вероятно, что этот процесс эл.-магн. взрыва явл. лишь миниатюрной моделью мощных взрывных процессов во Вселенной, сопровождающихся генерацией ч-ц и излучений с неравновесным распределением по энергиям.

Вывод совр. А. об огромной роли во Вселенной неравновесных нетепловых процессов с участием ускоренных ч-ц подтверждается данными быстро развивающихся рентг. астрономии и гамма-астрономии. Наконец, в совр. А. релятив. теория тяготения используется не только для интерпретации объектов типа чёрных дыр и нейтронных звёзд, но и для описания эволюции Вселенной в целом.

Тем самым космология получила надёжную основу в виде строгих физ. законов. Важно подчеркнуть также, что именно благодаря А. намного расширились границы применимости открытых на Земле физ. законов, а сама физика получила новый импульс в связи с созданием новых методов исследования, таких, как детектирование косм. (в т. ч. солнечных) нейтрино, радиолокация Луны, Солнца и планет, вынос приборов за пределы земной атмосферы и магнитосферы и посылка косм. аппаратов к др.

планетам. Т. о., родилась новая А., к-рая, помимо классич. гравитац. сил и процессов равновесного излучения, учитывает важную роль эл.-магн., яд. и слабых вз-ствий, использует практически все известные механизмы излучения эл.-магн. волн и элем. ч-ц, релятив. динамику и релятнв. теорию тяготения, т. е. весь арсенал имеющихся физ. знаний, включая физ.

теории поведения в-ва в экстремальных состояниях. Поэтому совр. А. включает такие разделы, как А. высоких энергий и косм. лучей, яд. и нейтринную А., релятив. и квантовую релятив. А. .