Файл: Иноземцев, Г. Г. Незатылованные шлицевые червячные фрезы-1.pdf

Из (2.19) ясно, что синхротрон­ ное излучение релятивистских протонов существенно лишь в компактных объектах с больши­ ми магнитными полями.

Подробным расчетам харак­ теристик магнитотормозного из­ лучения посвящены многочис­

ленные теоретические работы [30—38]. Здесь мы приведем лишь те соотношения, которые чаще всего используются в астрофизике высоких энергий. Спектральное распределение мощности, которая излучается электроном с энергией Ее, движущимся в магнитном поле Н под питч-углом т)> определяется соотношением [39, 40]

Спектральное распределение мощности синхротронного излучения показано на рис. 15. Средняя частота и энергия фотонов синхро­ тронного излучения электронов равны:

Например, электроны космических лучей с энергией от 1 до 10 Гэв, движущиеся в межзвездном магнитном поле (Н — 10~6 гс), излу­ чают в диапазоне метровых радиоволн (v ~ 106—108 гц), в то время как электроны с энергией порядка 103 Гэв, движущиеся в геомаг-

70

нитном поле (Н ~ 1 гс), излучают рентгеновские кванты с энергией около 10 кэв.

Магнитотормозное излучение космических электронов может быть поляризовано. Например, степень поляризации излучения

щем признании магнитотормозного механизма космического излу­ чения. Отметим, что подробную информацию о поляризационных

электромагнитного излучения. Определим пределы применимости этого подхода. Квантовые поправки к классической теории обуслов­ лены квантованием движения электрона и квантовой отдачей фото­ на [42]. Квантованием движения электрона можно пренебречь, если расстояние между двумя соседними уровнями энергии электро­

— критическое значение напряженности магнитного поля, характер - ное для квантовых эффектов. Квантовая отдача фотона несущест­ венна, если энергия излучаемого фотона мала по сравнению с энер­ гией электрона:

Квантовые эффекты в синхротронном излучении могут проявиться [42] в очень сильных магнитных полях пульсаров, достигающих 10 1 2 гс. Квантовая теория синхротронного излучения и родственных ему процессов (например, рождения пар фотонами в сильном маг­ нитном поле) рассматривается в работах [42, 44—49].

Синхротроннсе излучение космических электронов. Наблюдае­ мый спектр источников космического радиоизлучения определяется не только свойствами магнитотормозного излучения отдельного электрона, но и формой энергетического спектра ультрарелятивист-

71

магнитного поля. В этом случае выражение (2.31) придется усред­

Численные значения коэффициента b (уе) можно также найти в табл. 8.

Спектральная плотность потока излучения от источника объе­ мом V, расположенного на расстоянии R от земного наблюдателя, определяется соотношением

Нередко результаты радиоастрономических наблюдений записы­ вают с помощью эффективной температуры излучения Ть — тем­ пературы черного тела, яркость которого равна яркости наблюдае­ мого объекта. Эффективная температура связана с интенсивностью регистрируемого излучения соотношением

с линейными размерами вдоль луча зрения L , заполненной электро-

73

нами со степенным спектром (2.29) и хаотическим магнитным полем Н, равна

где L — в сантиметрах.

Следует отметить, что в выражениях (2.35) и (2.37) не учитывается поглощение радиоизлучения в источнике. Влияние самопоглощения магнитотормозного излучения электронами источника на спектр фо­ тонов и другие эффекты индуцированного излучения и поглощения рассмотрены в § 2.4.

§ 2.2.

КОМПТОН-ЭФФЕКТ

Введение. Рассеяние электромагнитного излучения на свобод­ ных электронах (так называемое томсоновское рассеяние, или комп- тон-эффект*) давно привлекало внимание астрофизиков как один из основных механизмов переноса лучистой энергии в космических объектах. Например, рассеяние фотонов на свободных электронах определяет непрозрачность звездного вещества при очень высоких температурах, когда эффективность свободно-свободных переходов (тормозного излучения и поглощения) резко падает [55]. Теория комптоновского переноса излучения приобрела особенно большое зна­ чение в последние годы в связи с открытием тепловых источников рентгеновского излучения (Скорпион Х-1, Лебедь Х-1 и др. [56]). По-видимому, излучающие области тепловых источников рентгено­ вского излучения—оптически толстые по отношению к комптоновскому рассеянию фотонов [57]; в этом случае форма энергетического спектра рентгеновского излучения источников существенно зависит от свойств комптон-эффекта (подробнее см. работы [57—59]).

Комптоновское рассеяние — это основной процесс взаимодейст­ вия жесткого рентгеновского излучения с веществом. Более подроб­ но влияние комптон-эффекта на распространение рентгеновского излучения в межзвездном газе обсуждается в § 2.6.

Приведенные примеры характерны для взаимодействия фотонов малых энергий (Еу < тс2) с нерелятивистскими электронами. В астрофизике высоких энергий эти процессы имеют второстепенное значение; гораздо больший интерес представляет так называемый обратный комптон-эффгкт — рассеяние электромагнитного излу­ чения на ультрарелятивистских электронах. Внешние проявления

* Обычно томсоновским рассеянием называют рассеяние фотонов малых энергий, подчиняющееся законам классической электродинамики. Комптонзффектом называют рассеяние фотонов больших энергий (Еу ^ тс2), в ко­ тором проявляются квантовые эффекты.

- 74