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

§ 2.4.

РЕАБСОРБЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

При анализе механизмов генерации космического электромаг­ нитного излучения, проведенном в предыдущих разделах, мы не учитывали поглощения излучения в источниках. Поглощение фото­ нов, обусловленное взаимодействием с излучающими электронами, часто называют реабсорбцией излучения (в отличие от поглощения

ввеществе источника). Влияние этого процесса весьма существенно

вкомпактных источниках космического нетеплового излучения, где концентрация излучающих электронов велика.

Реабсорбция излучения проявляется как в воздействии на форму спектра наблюдаемого излучения, так и в изменении формы спектра излучающих электронов. Здесь мы рассмотрим влияние реабсорб-

т] (р, v, п) — вероятность спонтанного излучения фотонов с частотой v в направлении п электроном с импульсом р в единичном интервале частот в единицу телесного угла за единицу времени.

В присутствии электромагнитного излучения возможны еще два процесса взаимодействия электронов и фотонов: индуцированное

Интенсивность излучения, распространяющегося в среде, заполнен­ ной электронами с функцией распределения / (р), из-за индуциро­ ванного излучения возрастает по закону

88

В то же время поглощение излучения приводит к ослаблению интен­ сивности:

Коэффициент реабсорбции излучения определяется разностью коэффициентов поглощения (2.111) и индуцированного излучения

Если коэффициент реабсорбции д, положителен, то при распростра­ нении излучения в среде его интенсивность уменьшается; если коэф­

и средняя энергия излучаемых фотонов много меньше средней энер­ гии электронов, то выражение (2.114) можно записать в простой форме:

со

С учетом полученных соотношений рассмотрим реабсорбцию раз­ личных типов излучения.

А . М А Г Н И Т О Т О Р М О З Н О Е П О Г Л О Щ Е Н И Е

Положительная реабсорбция. Исходя из соотношения (2.116), можно получить выражение для коэффициента реабсорбции магнито­ тормозного излучения ультрарелятивистских электронов со степен­ ным спектром (2.29) (см. также [113, 114]). В этом случае коэффи-

89

циент поглощения магнитотормозного излучения в однородном поле равен* [18]

Коэффициент реабсорбции магнитотормозного излучения быст­ ро возрастает при уменьшении частоты излучения. На больших час­ тотах

v ^ = ( l , 2 6 - 1 0 1 9 ) V < v e + 4 ) [ i ) 9 6 .

(2.120)

оптическая толщина источника с линейным размером R много мень­ ше единицы. В этом случае реабсорбция не меняет степенного спектра источника. На малых частотах оптическая толща источника велика.

90

Выходящее за пределы источника излучение образуется в тонком поверхностном слое толщиной

Спектр излучения на малых частотах степенной, с показателем, рав­ ным —5/2.

энергия ультрарелятивистских электронов, излучающих с часто­ той V.

Радиоастрономические наблюдения обнаруживают в спектре пе­ ременных внегалактических радиоисточников излом на частотах

нитотормозного излучения, поскольку быстропеременные источники должны быть весьма компактными*.

Отрицательная реабсорбция. Рассмотрим вопрос о возможности когерентной генерации магнитотормозного излучения. Реабсорбция магнитотормозного излучения накладывает ограничение на яркостную температуру источника [см. формулу (2.123)]. Между тем в пуль­ сарах яркостная температура достигает громадных величин, вплоть до 10 2 1 ° К. Таких температур нельзя достичь в обычных, некоге­ рентных механизмах излучения (для этого энергия излучающих электронов должна была бы составлять 101 7 эв). Поэтому внимание исследователей переключилось на когерентные механизмы излу­ чения, в которых интенсивность излучения системы электронов мо-

* Радиус переменного источника излучения должен удовлетворять не­ равенству

91

жет стать намного выше суммарной интенсивности спонтанного из­ лучения отдельных электронов [117].

Когерентные механизмы излучения можно разбить на две груп­ пы. Прежде всего следует отметить когерентное излучение системы частиц, движущейся как единое целое. Размеры такой системы по порядку величины должны совпадать с длиной волны рассматривае­ мого излучения. Этот механизм когерентного излучения называется «антенным» [117]. Антенный механизм когерентного радиоизлучения неоднократно привлекался для объяснения излучения пульсаров [118—120]. В таком механизме основная трудность—это обоснование возможности появления и устойчивого существования токовых кон­ фигураций с размерами порядка длины волны излучения.

Вторая группа механизмов когерентного излучения связана с различными неустойчивостями плазмы («мазерные» механизмы). Плазма считается неустойчивой, если хотя бы для одного из много­ численных типов плазменных волн коэффициент реабсорбции ста­ новится отрицательным. Когерентные механизмы, связанные с раз­ личными видами неустойчивости плазмы, весьма разнообразны (см. работы [24, 117, 121—123]).

Б. К О М П Т О Н - Э Ф Ф Е К Т

Индуцированные процессы проявляются в рассеянии электро­ магнитного излучения. В частности, интенсивность излучения, рас­ сеянного в интервал частот (v', v + dv') в элемент телесного угла dQ,' в направлении п', должна зависеть от интенсивности первичного излучения следующим образом:

Используя соотношение (2.127), можно построить теорию пере­ носа излучения, обусловленного индуцированным рассеянием. Тео­ рия этого процесса исключительно сложна, поскольку кинетические уравнения переноса при учете индуцированного рассеяния стано­ вятся нелинейными.

Кинетика взаимодействия электронов и фотонов с учетом инду­ цированных процессов впервые рассматривалась в работе [124]. Некоторые астрофизические приложения теории, развитой в работе [124], даны в работах [125—128].

Индуцированное комптоновское рассеяние можно считать одним из простейших проявлений плазменных процессов. Многие типы плазменных взаимодействий сводятся к рассеянию плазменных ко­ лебаний на релятивистских электронах [129]. Эти процессы могут ускорять релятивистские частицы и порождать наблюдаемое электро­ магнитное излучение в космических источниках. Подробное изло­ жение этих вопросов, выходящих за рамки данной книги, можно найти в монографиях [129, 130].

92