Межзвездные нейтральные атомы водорода в гелиосфере: моделирование и сравнение с данными наблюдений
Автор: Анастасия Викторовна Титова
Соавторы: Измоденов Владислав Валерьевич
Организация: Институт космических исследований РАН
Наша Солнечная система движется сквозь межзвездную среду, чья нейтральная компонента состоит преимущественно из атомов водорода. В результате взаимодействия сверхзвукового солнечного ветра (потока ионизированных частиц с верхних областей короны Солнца) с межзвездной средой образуется сложная структура, называемая гелиосферой. Поскольку солнечный ветер и межзвездная среда движутся со сверхзвуковыми скоростями навстречу друг другу, их взаимодействие происходит с образованием головной и гелиосферной ударных волн и поверхности раздела – гелиопаузы [1]. Межзвездные атомы водорода имеют достаточно большую длину свободного пробега и могут проникать внутрь гелиосферы. Изучение свойств подобных атомов могло бы дать нам много новой информации о параметрах межзвездной среды и области ударного слоя.
К сожалению, детектировать межзвездные атомы водорода напрямую проблематично ввиду малости их энергии (несколько эВ). Однако их можно наблюдать косвенно с помощью рассеянного солнечного Лайман-альфа излучения. Солнце излучает Лайман-альфа фотоны (длина волны 1215.67 Å), которые рассеиваются на межзвездных атомах. Параметры рассеянного фотона будут зависеть от функции распределения атомов водорода [2].
В работе представлено моделирование движения межзвездных атомов водорода в поле сил гравитационного притяжения и радиационного солнечного давления, и принимающий во внимание потерю частиц за счет перезарядки на протонах солнечного ветра и фотоионизации. Так как атомы имеют длину пробега сравнимую с характерным размером задачи, для решения используется кинетический подход. Решение будет зависеть от двух параметров: μ – отношения силы радиационного давления к силе гравитационного притяжения и β – частоты ионизации на орбите Земли. Указанный метод позволяет находить функцию распределения межзвездных атомов по скоростям и ее моменты (концентрацию, среднюю скорость и температуру) в гелиосфере. Далее на основе полученных функций распределения вычисляется спектр рассеянного солнечного Лайман-альфа излучения и его моменты (суммарная интенсивность, доплеровский сдвиг, ширина линии). Результаты сравниваются с наблюдательными данными прибора SOHO/SWAN.
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 19-12-00383.
1. D. Alexashov, V. Izmodenov, Kinetic vs. multi-fluid models of H atoms in the heliospheric interface: a comparison // A&A, 2005, 439, 1171-1181
2. O. Katushkina, V. Izmodenov, Spectral properties of backscattered solar Ly- α radiation in the heliosphere: A search for heliospheric boundary effects // Advances in Space Research, 2011, 48, 12, 1967-1979.
