Бальмерівський стрибок
Ба́льмерівський стрибо́к — стрибкоподібна зміна у бік зменшення чи збільшення розподілу енергії в неперервному спектрі астрономічних об'єктів на довжинах хвиль, близьких до 3646 ангстрем, яка відповідає межі Бальмера серії.
Зміст
Механізм утворення бальмерівського стрибка
Спектральний розподіл густини неперервного електромагнітного випромінювання різних астрономічних об’єктів (зір, зон Н ІІ, ядер галактик) можна з достатньою точністю апроксимувати функцією Кірхгофа для теплового випромінювання абсолютно чорного тіла з ефективною температурою, що відповідає оптичній глибині τ = 0,64. При цьому неперервне електромагнітне випромінювання майже повністю формується на оптичних глибинах 0 < τ < 1.
На довжинах хвиль, менших за межу Бальмера серії (в області бальмерівського континуума), фотони здатні йонізувати атоми Гідрогену, в яких електрон перебуває на другому енергетичному рівні. Це спричиняє появу додаткового неперервного зв’язано-вільного поглинання в спектрах астрономічних об’єктів. Коефіцієнт поглинання в бальмерівському континуумі залежить від температури та густини в області, відповідальній за поглинання.
Бальмерівський стрибок виникає через стрибкоподібне зменшення коефіцієнта поглинання атомами Гідрогену неперервного випромінювання при збільшенні довжини хвилі поблизу межі серії Бальмера. Зменшення коефіцієнта поглинання пояснюється тим, що фотони з довжиною хвилі, меншою за 3646 ангстрем, уже не можуть йонізувати атоми Гідрогену з 2-го рівня енергії, тобто не можуть поглинатися за рахунок такого процесу. Це призводить до збільшення геометричної глибини тих шарів, яким відповідають оптичні глибини τ = 1 та τ = 0,64.
Позитивний бальмерівський стрибок
Під час зростання геометричної глибини занурення в надра зорі зростає її температура, що призводить до суттєвого зростання інтенсивності спектрального розподілу густини неперервного електромагнітного випромінювання зір відповідно до Планка закону.
Формуються умови, при яких стрибкоподібне зменшення коефіцієнта поглинання атомами Гідрогену неперервного випромінювання при збільшенні довжини хвилі поблизу межі Бальмера серії призводить до стрибкоподібного збільшення інтенсивності спектрального розподілу густини неперервного електромагнітного випромінювання зір. Таке явище і є позитивним бальмерівським стрибком.
У зорях спектральних класів О та В Гідроген майже повністю іонізований. У зорях пізніх спектральних класів температура занадто низька, щоб була помітною концентрація атомів Гідрогену на другому енергетичному рівні (розподіли Саха та Больцмана). Тому бальмерівський стрибок найбільш виражений для зір спектрального класу А.
Реально довжина хвилі, що відповідає бальмерівському стрибку в спектрах зір, дещо зміщена від 3646 ангстрем у бік довших хвиль і розмита на десятки, а іноді й сотні ангстрем. Це пов’язано як з ударним розширенням спектральних ліній унаслідок зростанням газового тиску з глибиною, так і з проявом Доплера ефекту.
У результаті поблизу кордону Бальмера серії спектральні лінії зливаються, продовжуючи бальмерівський континуум у бік більших довжин хвиль.
Якщо емісійні лінії Бальмера серії малопотужні, то злиття ліній при їхньому розширенні поблизу межі серії призводить до утворення прогалини в неперервному спектрі перед бальмерівський стрибком.
У холодних зорях із невеликою ефективною температурою на величину бальмерівського стрибка суттєво впливає середня густина зорі та ефективний потенціал її гравітаційного (див. Гравітація) поля. У більш гарячих зорях на величину бальмерівського стрибка температура впливає набагато сильніше, ніж гравітація на поверхні, тому ефект бальмерівського стрибка в таких зорях менш виражений. Це може бути застосовано для класифікації зір за класами світності.
Негативний бальмерівський стрибок
Бальмерівський стрибок спостерігається в спектрах туманностей (зони Н ІІ), але в цьому разі знак стрибка протилежний до знака стрибка в спектрах зір і має значно більшу амплітуду. Це пов’язано з тим, що часто зовнішні межі зон Н ІІ є ударними фронтами, тому мають набагато більш високу температуру, ніж внутрішні частини зон і володіють значно більшою густиною. Тому коефіцієнт поглинання у зовнішніх меж газових туманностей значно більший, ніж у їхніх внутрішніх областях.
Стрибкоподібне зменшення коефіцієнта поглинання поблизу межі Бальмера серії призводить до збільшення геометричної глибини шарів, у межах яких формується неперервне електромагнітне випромінювання. Зменшення ефективної температури з глибиною призводить до зменшення інтенсивності спектрального розподілу густини неперервного електромагнітного випромінювання — негативний за знаком бальмерівський стрибок.
Додатково
Існують також стрибки спектрального розподілу густини неперервного електромагнітного випромінювання різних астрономічних об’єктів у меж інших серій (Пашена, Бреккета, Пфундта). Проте, по-перше, бальмерівський стрибок припадає на одне з вікон прозорості земної атмосфери, тому він найбільш вивчений. По-друге, ймовірність заселення 3-го і далі енергетичних рівнів Гідрогену зменшується в міру зростання номера заселеної електроном орбіталі. Тому інтенсивності пашенівського, бреккетівського та пфундівського стрибків суттєво менші за бальмерівський.
Література
- Slettebak A., Stock J. Classification of Early Type Stars of High Luminosity with Objective Prism Spectra of Low Dispersion. With 7 Figures // Zeitschrift für Astrophysik. 1957. Vol. 42. P. 67–75.
- Mihalas D. Statistical-Equilibrium Model Atmospheres for Early-Type Stars. I. Hydrogen Continua // Astrophysical Journal. 1967. Vol. 149. P. 169–190.
- Liu X.-W., Danziger J. Electron Temperature Determination from Nebular Continuume Missionin Planetary Nebulae and Theim Portance of Temperature Fluctuations // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 1993. Vol. 263. P. 256–266.
- Knigge Chr., Long Kn., Wade R. et al. Hubble Space Telescope Eclipse Observations of the Nova‐like Cataclysmic Variable UX Ursae Majoris // The Astrophysical Journal. 1998. Vol. 499. P. 414–428.
- Bessell M. Measuring the Balmer Jump and the Effective Gravityin FGK Stars. Publications of the Astronomical Society of the Pacific. 2007. Vol. 119 (856). P. 605–615.
Автор ВУЕ
Покликання на цю статтю: Шевчук О. Г. Бальмерівський стрибок // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Бальмерівський стрибок (дата звернення: 12.05.2024).
Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 20.09.2021
Важливо!
Ворог не зупиняється у гібридній війні і постійно атакує наш інформаційний простір фейками.
Ми закликаємо послуговуватися інформацією лише з офіційних сторінок органів влади.
Збережіть собі офіційні сторінки Національної поліції України та обласних управлінь поліції, аби оперативно отримувати правдиву інформацію.
Отримуйте інформацію тільки з офіційних сайтів
Офіс Президента України
Верховна Рада України
Кабінет Міністрів України
Служба безпеки України
Міністерство оборони України
Міністерство внутрішніх справ України
