Спектральні серії та рекомбінаційні радіолінії

Перші лінії спектральних серій називаються резонансними й позначаються L_α (Лайман-альфа, 2 I, λ1216Å), Н_α (Бальмер-альфа, 3 2, λ 6563Å), Н_β (4 2, λ4861Å), Н_γ (λ 4340 Å) та Н_δ (λ 4102 Å). Останні лінії серії Бальмера йдуть до ультрафіолетової області.

Як зазначалось в розділі 2.2, перехід m n при m = відповідає випромінюванню в неперервному спектрі – континуумі. Лайманівський континуум – це всі λ 912 Å, бальмерівський – λ 3646 Å.

В міжзоряному високорозрідженому іонізованому газі можлива рекомбінація на високі рівні, недосяжна в лабораторних умовах. Присутність сусідніх атомів робить електрон вільним вище критичного рівня (формула Інгліса-Теллера):

В атмосферах зірок N 10¹⁵см^-3, тому n _* ~ 10, а в міжзоряному газі N 10см^-3, і n _*~1000. Тому такий газ випромінює неперервний спектр, в якому висвітлені майже повні континууми: лайманівський, бальмерівський та ін., включаючи ультрафіолетову та інфрачервону області, й радіодіапазон.

При значних густинах відбувається розщеплення та зміщення рівнів під дією електричного поля (ефект Штарка), тому в лабораторних умовах не спостерігаються окремі лінії при переходах між високозбудженими рівнями.

При підтримці іонізації згідно з:

(2.12)

відбувається нагрівання газу; частка енергії переходить потім в теплове випромінювання.

Осідаючи на високих рівнях, електрони здійснюють переходи між найближчими рівнями, даючи слабкі радіолінії, що називаються рекомбінаційними:

(2.13)

де R =1,097·10⁷м^-1. Через близькість цих рівнів штарківське уширення для них майже однакове, тому різниця енергій зберігається, й радіолінії спостерігаються до високих n. З виявлених ліній найкоротша за довжиною хвилі Н 42_α (λ =3,5мм) та найдовша Н 300_α (λ =1,25мм). Велике значення рекомбінаційних ліній в тому, що вони дозволяють виявити зони Н ІІ та процеси в них (по штарківському та доплерівському уширенню) навіть тоді, коли ці зони закриті пилом, великі маси якого входять до дискової складової спіральних галактик, в тому числі й нашої. На жаль, цей пил поглинає видимі промені значної частини Галактики, але завдяки рекомбінаційним радіолініям вдалося намітити загальний розподіл Н ІІ в Галактиці, тобто її структуру в плані.

Для водню швидкість рекомбінації пропорційна N_е · N_р, причому N_е=N_р. Тому енергія, випромінювана стовпом однорідного газу товщиною l, пропорційна мірі емісії:

(2.14)