Светимость

В фотометрии светимость — световая величина, представляющая собой световой поток излучения, испускаемого с малого участка светящейся поверхности единичной площади. Она равна отношению светового потока, исходящего от рассматриваемого малого участка поверхности, к площади этого участка[1]:

${\displaystyle M_{v}={\frac {\mathrm {d} \Phi _{v}}{\mathrm {d} S}}}$,

где dΦ_v — световой поток, испускаемый участком поверхности площадью dS. Светимость в Международной системе единиц (СИ) измеряется в лм/м². 1 лм/м² — это светимость поверхности площадью 1 м², излучающей световой поток, равный 1 лм.

Аналогом светимости в системе энергетических фотометрических величин является энергетическая светимость (излучательность). Её определение аналогично определению светимости, но вместо светового потока Φ_v используется поток излучения Ф_e. Единица энергетической светимости в СИ — Вт/м².

Светимость в астрономии — полная энергия, излучаемая астрономическим объектом (планетой, звездой, галактикой и т. п.) в единицу времени. Измеряется в абсолютных единицах (СИ — Вт; СГС — эрг/с) либо в единицах светимости Солнца (L_⊙ = 3,86⋅10³³ эрг/с = 3,86⋅10²⁶ Вт)[2].

Светимость астрономического объекта не зависит от расстояния до объекта, от него зависит только видимая звёздная величина. Светимость — одна из важнейших звёздных характеристик, позволяющая сравнивать между собой различные типы звёзд на диаграммах «спектр — светимость», «масса — светимость». Светимость звёзд главной последовательности можно приближённо рассчитать по формуле[3]:

${\displaystyle L=4\pi R^{2}\cdot \sigma T^{4},}$

где R — радиус звезды, T — температура её фотосферы, σ — постоянная Стефана — Больцмана.

Светимость самых ярких звёзд в миллионы раз превышает светимость Солнца. Светимость взрыва гиперновой превышает светимость Солнца примерно в миллиард раз. Светимость самых ярких квазаров может превышать солнечную в сотни триллионов раз[4].

В экспериментальной физике элементарных частиц светимостью называют параметр ускорителя, характеризующий интенсивность столкновения частиц пучка с частицами фиксированной мишени (интенсивность столкновения частиц двух встречных пучков в случае коллайдеров). Светимость L измеряется в см⁻²·с⁻¹. При умножении сечения реакции на светимость получается средняя частота протекания этого процесса на данном коллайдере ${\displaystyle {\dot {N}}_{\text{process}}=L\cdot \sigma _{\text{process}}}$.

Светимость Большого адронного коллайдера во время первых недель работы пробега была не более 10²⁹ частиц/см²·с, но она продолжает постоянно повышаться. Целью является достижение номинальной светимости в 1,7⋅10³⁴ частиц/см²·с, что по порядку величины соответствует светимостям BaBar (SLAC, США) и Belle (KEK, Япония). Коллайдеру KEKB принадлежит мировой рекорд светимости для ускорителей с встречными пучками — 2,11⋅10³⁴ см⁻²·с⁻¹[5].