Astronet > Sinhrotronnoe izluchenie

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Na saite

Astrometriya

Astronomicheskie instrumenty

Astronomicheskoe obrazovanie

Astrofizika

Istoriya astronomii

Kosmonavtika, issledovanie kosmosa

Lyubitel'skaya astronomiya

Planety i Solnechnaya sistema

Solnce

Sinhrotronnoe izluchenie

- odin iz vidov magnitotormoznogo izlucheniya: izluchenie el.-magn. voln zaryazhennymi chasticami (v kosmose preimushestvenno elektronami), dvizhushimisya s relyativistskimi skorostyami v magn. pole H. Vpervye nablyudalos' v uskoritelyah elektronov - sinhrotronah. Magn. pole iskrivlyaet traektoriyu dvizheniya elektronov (sm. Lorenca sila), i voznikayushee pri etom uskorenie yavl. prichinoi el.-magn. izlucheniya. Etot mehanizm chasto ispol'zketsya dlya ob'yasneniya radio-, optich. i rentg. izluchenii samyh razlichnyh kosmich. istochnikov.

Analogichnoe izluchenie nerelyativistskih chastic (sm. Ciklotronnoe izluchenie) proishodit na osn. giromagnitnoi chastote $\nu_C=qH/(2\pi mc)$ i ee pervyh garmonikah (q i m - zaryad i massa pokoya chasticy).

Izluchenie zaryazhennyh relyativistskih chastic, t.e. chastic, dvizhushihsya so skorost'yu, blizkoi k skorosti sveta, obladaet ryadom sushestvennyh otlichii ot izlucheniya medlennyh chastic. Iz-za effekta Doplera chastota sveta, izluchaemogo bystrodvizhusheisya chasticei v napravlenii svoego dvizheniya, sil'no povyshaetsya, intensivnost' izlucheniya na vysokih garmonikah vozrastaet. U relyativistskih chastic s energiei $E\gg mc^2$ izluchenie v oblasti vysokih garmonik obladaet prakticheski nepreryvnym spektrom i sosredotocheno v napravlenii mgnovennoi skorosti v uzkom konuse s uglom rastvora $\psi\sim mc^2/E$ .

Relyativistskii elektron, dvizhushiisya v magn. pole, opisyvaet libo okruzhnost' (esli u nego net komponenta skorosti vdol' polya), libo spiral'. Chastota vrasheniya ego v magn. pole H est'
$\nu_H={eH\over{4\pi mc}} \cdot {mc^2\over E} = {ecH\over{2\pi E}}$ . (1)

Zdes' i dalee pod H budet podrazumevat'sya komponent polya, perpendikulyarnyi vektoru skorosti chasticy (t.e. $H_\bot$ ).

Uzkii konus, v predelah k-rogo zaklyucheno izluchenie elektrona, povorachivaetsya vmeste s povorotom vektora mgnovenoi skorosti elektrona (ris.). Eto oznachaet, chto nablyudatel', nahodyashiisya v ploskosti orbity elektrona, vidit vspyshki izlucheniya v te momenty vremeni, kogda skorost' elektrona napravlena na nego. Vspyshki sleduyut cherez promezhutki vremeni $2\pi E/ecH$ , dlitel'nost' kazhdoi vspyshki $\sim (2mc/eH)\cdot (mc^2/E)^2$ .

Poskol'ku chastota povtoreniya vspyshek dostatochno velika, nablyudatel' prakticheski vidit nepreryvnoe izluchenie. Maks. moshnost' S.i. odnogo elektrona v edinichnom intervale chastot ok. chastoty $\nu_m$ [sm. (3)] i v edinichnom telesnom ugle ravna:
$P_\nu={1,6 e^3 H\over{4\pi mc^2}}=1,7\cdot 10^{23} H \left( {erg\over{s\cdot sr\cdot Gc}} \right)$ , (2)
gde H vyrazheno v E. Na men'shih chastotah izluchenie umen'shaetsya kak $\nu^{1/3}$ , a na bol'shih umen'shaetsya eksponencial'no $\sim \nu^{1/2}\exp(-0,29\nu/\nu_m)$ .

Vazhnymi osobennostyami obladaet polyarizaciya S.i. Dlya nablyudatelya, nahodyashegosya tochno v ploskosti orbity elektrona, izluchenie polyarizovano lineino s elektrich. vektorom, lezhashim v ploskosti orbity. Na nek-rom uglovom rasstoyanii ot etoi ploskosti polyarizaciya ellipticheskaya, prichem raznyh znakov po obe storony ot ploskostiyu Krome togo, intensivnost' ellipticheski polyarizovannogo izlucheniya neznachitel'na. Pri usrednenii izlucheniya sistemy elektronov ostaetsya lish' lineinaya polyarizaciya. Inymi slovami, sistema relyativistskih elektronov, nahodyashayasya v odnorodnom magn. pole, daet lineino polyarizovannoe S.i. s elektrich. vektorom, perpendkulyarnym magnitnomu polyu.

Izluchenie relyativistskogo elektrona vo vneshnem
magnitnom pole H_VN. V ploskosti, v kotoroi
raspolozheny vektory skorosti elektrona v i
napryazhennosti elektricheskogo polya E, izluchenie
lineino polyarizovano.

Esli by u vseh elektronov byla primerno odinakovaya energiya, to spektr izlucheniya etoi sistemy imel by maksimum na chastote
$\nu_m={eH\over{4\pi mc}} \cdot \left( {E\over {mc^2}} \right)^2 = 1,4\cdot 10^6 H \left( {E\over {mc^2}} \right)^2$ (Gc) . (3)
V kosmich. usloviyah relyativistskie elektrony imeyut razlichnuyu energiyu. Chashe vsego raspredelenie elektronov po energiyam approksimiruyut stepennoi f-ciei, t.e. chislo elektronov N v ed. ob'ma s energiei ot E do $E+\Delta E$ :
$N(E)\Delta E={K\over{E^\gamma}}\cdot (mc^2)^{\gamma-1}\cdot \Delta E$ , (4)
gde K i $\gamma$ - postoyannye.

S.i. ed. ob'ma v edinichnom telesnom ugle i v edinichnom intervale chastot (t.n. koeff. izlucheniya) opredelyaetsya sootnosheniem:
$j_\nu=a(\gamma) {e^3 H\over{mc^2}} \left( {3eH\over{4\pi m^3 c^5}} \cdot {1\over\nu} \right)^{(\gamma-1)/2} \cdot K \left( {erg\over{s\cdot sm^2 \cdot sr\cdot Gc}} \right)$ , (5)
gde $a(\gamma)$ - zavisyashii ot $\gamma$ chislennyi koeff., blizkii k 0,1-0,2 pri $1,5<\gamma<5$ . Stepen' lineinoi polyarizacii etogo izlucheniya ravna $(\gamma+1)(\gamma+7/3)$ . Velichina $(\gamma-1)/2=\alpha$ naz. spektral'nym indeksom S.i.

Esli koncentraciya relyativistskih elektronov ne slishkom velika, to intensivnost' izlucheniya opredelyaetsya po f-le $I_\nu=j_\nu l$ , gde l - razmer oblasti izlucheniya. Pri bol'shoi koncentracii elektronov neobhodimo uchityvat' i samopogloshenie imi S.i. Otnoshenie koeff. izlucheniya $j_\nu$ k koeff. poglosheniya $\varkappa(\nu)$ :
${j\over{\varkappa_\nu}}=b(\gamma) \left( {4\pi m^3 c \over {3eH}} \nu^5 \right)^{1/2}$ , (6)
gde chislennyi koeff. $b(\gamma)$ menyaetsya ot 0,7 do 0,1 pri $1,5<\gamma<5$ .

Privedennye vyshe sootnosheniya spravedlivy, esli izluchayushie elektrony nahodyatsya v vakuume. V dostatochno plotnoi plazme harakter izlucheniya menyaetsya: umen'shaetsya napravlennost' izlucheniya i rezko padaet ego intensivnost'. Eto privodit k "zavalu" spektra izlucheniya na chastotah, men'shih $7ecn_e/H$ , gde n_e - koncentraciya elektronov plazmy. Zato zdes' poyavlyaetsya vozmozhnost' sinhrotronnogo mazernogo izlucheniya (sm. Mazernyi effekt). S.i. v radiodiapazone chasto naz. nteplovym, poskol'ku ego spektr sil'no otlichaetsya ot spektra teplovogo izlucheniya. Spektr S.i. nel'zya harakterizovat' odnim znacheniem temp-ry, kak v sluchae teplovogo izlucheniya. Esli koncentraciya relyativistskih elektronov nastol'ko velika, chto samopogloshenie imi S.i. stanovitsya sushestvennym, spektr S.i. mozhno oharakterizovat' s pomosh'yu zavisyashei ot chastoty effektivnoi temp-ry T_e, k-raya v energetich. edinicah ravna:
$kT_e(\nu)\approx mc^2 \left( {4\pi m c \over {eH}} \nu^5 \right)^{1/2}$ .

Sinhrotronnyi mehanizm ispol'zuetsya dlya interpretacii izlucheniya ob'ektov kak nashei Galaktiki, tak i dr. galaktik; radio-, optich. i rentg. izlucheniya Krabovidnoi tumannosti i dr. tumannostei - ostatkov vspyshek sverhnovyh zvezd; nek-ryh vidov izlucheniya Solnca, pul'sarov, kvazarov.

Lit.:
Sinhrotronnoe izluchenie, M., 1966; Ginzburg V.L., Teoreticheskaya fizika i astrofizika, M., 1975; Kaplan S.A., Pikel'ner S.B., Fizika mezhzvezdnoi sredy, M., 1979; Rouv E., Uiver Dzh., Ispol'zovanie sinhrotronnogo izlucheniya, UFN, 1978, t. 126, v. 2.

(S.A. Kaplan)

S. A. Kaplan, "Fizika Kosmosa", 1986
Glossarii Astronet.ru

A | B | V | G | D | Z | I | K | L | M | N | O | P | R | S | T | U | F | H | C | Ch | Sh | E | Ya

Mneniya chitatelei [2]

Versiya dlya pechati