HII区及射电复合线.PDF

HII区及射电复合线 HII区和大质量恒星形成 • HII区的组成：电离H气体 • 广义：所有电离的H气体云 • 狭义：位于大质量恒星周围的电离HI云 • 电离机制：光致电离(紫外光子) • 辐射：复合线、禁线、尘埃、韧致辐射 • 大质量恒星周围HII区的分类: 通过大小分 电离复合平衡以及Strömgren球 • 中心的大质量恒星发出紫外光子 • 紫外光子电离周围的气体，形成HII区 • 电离气体复合，产生级联跃迁 • 在很多情况下，电离和复合会达到平衡 • 紫外光子(13.6ev)通过电离－复合过程在 慢慢减少，复合到基态产生的紫外光子很 容易又产生光致电离，从而导致复合到基 态这个过程不能有效的消耗紫外光子 电离复合平衡以及Strömgren球(续) • 电离复合平衡： • 其中x是电离度，在HII区接近于1，nH是氢 元素(原子+离子)的体密度，b1是每个中性H 原子的电离几率，a是复合几率 • 除去复合到基态的其它所有态的几率： • Strömgren球的半径大小： 复合线 • 复合过程中，会产生级联跃迁 • 这些跃迁的几率很大，在小n的情况下，自 发跃迁几率很大(~104s-1)，碰撞激发的几率 比这个远小，可以忽略，这些能级之间的 分布是远离热平衡(玻尔兹曼分布)状态的 • n大的时候，A 9 -5 -1 =5.3x10 x n s n+1,n • 比如：n=100时(频率为6.48GHz)，几率为 0.53s-1 分布对LTE的偏离 (Sejnowski, T. J., Hjellming, R. M. 1969, ApJ, 156, 915) 复合线的应用 • 光学复合线，H α:H β的测量强度测消光 • 消光改正后的H α流量作为星系中恒星形成 率的示踪物 • 2维光谱，测量电离气体运动学信息，研究 动力学过程 • 结合光学的禁线，可以研究电子温度密度 等分布 电子的轫致辐射(free-free) • HII区里有大量的自由电子 • 自由电子之间的碰撞会产生韧致辐射 • 韧致辐射光厚 • 随着波长的减小，光厚增加 • 在1GHz附近，一般会发生光厚大于1的情 况，在接近光薄后，基本上是一个平谱 近邻星暴星系M82的射电谱谱分布 free-free Condon 1992 ARAA 轫致辐射的用途 • 比较有效的探测韧致辐射的频率为几GHz 到几十GHz • 这个频率消光很小，通过这个波段的射电 连续谱的高空间分辨率观测，能很好的判 断HII区的大小以及形态，这对于极早期的 年轻大质量恒星周围的HII区(UC or HC HII) 会十分有效 • 结合射电复合线，可以计算HII区的电子温 度 观测：射电干涉仪 • 目前世界上几个大的射电干涉仪都能很好 的观测C band和X band射电连续谱 • 根据空间分辨率的需要，可以选择不同的 望远镜排布方式，得到合适的空间分辨率 和灵敏度 • 目前有VLA 、WSRT 、ATCA可以进行这类 观测 • 这几个望远镜的视场都差不多大(约10角分) HII区的射电连续谱辐射 Walsh et al. 1998 HII区的射电连续谱辐射(续) Walsh et al. 1998