相对论电子在磁场中的辐射--同步辐射.PPTVIP

目前在许多射电星系、类星体和活动星系核中，发现了具有幂律的非热辐射谱，谱指数一般在0.3~2之间，平均值为0.7。普遍认为这一幂律谱形来自于电子的同步辐射。由于高能(大?)电子的辐射越强(能量减少越快)，随时间推移，能谱指数n会逐渐变大，能谱变陡。 已在许多射电和光学源中观测到辐射的偏振，而这正是同步辐射有别于其它辐射机制(如黑体辐射、韧致辐射、逆Compton散射等)的最主要特点之一。 对给定的电子能谱分布，可求出电子集体的同步辐射的平均线偏振度。由两个偏振方向的谱发射率 和 ，平均线偏振度为： 如电子具有幂律能谱， 可见，平均线偏振度与频率无关。上式适用范围为： 实际观测偏振常低于计算值(0.5~0.8)，一般认为是由于磁场不均匀和Faraday磁光效应造成的。 宇宙射电源的辐射谱 实际观测谱常常不是简单的幂律谱，有四种典型射电谱型，产生的原因还 无定论。 谱型a: 源中电子能谱分 布为稳定的幂律形式： ，导致幂 律辐射谱 谱型b: 一般认为是辐射耗散造成的电子能谱改变所致。同步辐射时电子的能量损失率为 (磁场能密度) 讨论电子能谱变化，除考虑电子能量损失外，还需考虑源中相对论电子的加速过程。引进量 ， 代表单位时间注入单位体积中能量为 的电子数，用 表示源内单位体积中在t时刻的能量在 范围的相对论电子数，则电子能谱随时间变化为： 两种情况： (1)、有连续注入， 若相对论电子以幂律形式注入， 辐射损失率 ，不同能量的电子有不同损失率， 不能维持 形式而要变化。 当注入 与损耗达到动态平衡时，能谱成为稳定分布， , 由此得到： 由于辐射损失 ，故 *因此，在稳定的连续注入下，如无辐射损失，能谱具有与注入相同的幂律形式， ；如不能忽略辐射损失，则能谱形式成为 ，能谱变陡。 判断电子的辐射损失可否忽略需比较其辐射寿命 与辐射源年龄t，当 ，辐射损失必须考虑；反之则辐射损失不起显著作用，可忽略不计。 由于电子辐射寿命与能量?有关( ?1/?)，对给定年龄的辐射源，可能在?值小的低能范围中满足 同时在?值大的高能范围中有 。因此在稳定的连续注入 下，应将电子能谱分成两段分别考虑：低能段， ，忽略辐射损失，能谱 为 ，辐射谱 ，即谱指数 。在高能段， ，辐射损失大( )，能谱 ，辐射谱 ，即 。 这说明辐射频谱分成两段，都具有幂律形式，但高频变陡，谱指数比低频大1/2。 幂律谱分界点可用该处电子能量值 或相应的辐射频率 表征，其值由 得出。 随辐射源年龄的增长， 很快下降，谱型b的拐点位置移向低频端。 (2)、非连续注入：初始有一脉冲式幂律形式注入， ，此后 。 t=0时能谱分布为 由于辐射损失，能谱逐渐偏离 形式。 辐射损失记为： 由于辐射损失，t=0时刻处在 中的电子在t时刻会进入 间隔之中， t时刻 已偏离 幂律形式。对高能值?或长的演化年龄t，偏离越大。这一注入机制也可说明谱型b高频部分变陡，但无明显拐点，谱型是连续变陡的。 谱型c：低频部分出现极大值，低频端流量 下降。 可能解释： (1)、同步辐射自吸收： 对致密光学厚辐射源，自吸收系数 随频率 的下降而增大，使低频段光深 变大，流量 下降。 (2)、等离子体的自由-自由吸收效应： 式中 分别是热电子气的温度和密度。当频率减小时，吸收增大。 (3)、同步辐射的倒转效应： 如相对论电子在 中具有幂律能谱，则对频率在 范围辐射谱也是幂律形式。 对频率高于最大能量电子的主要辐射频率 ，或低于最小能量电子的辐射频率 的频段，显然不能再保持幂律谱形。 一个能量为?的电子，同步辐射的频谱范围是 。 不仅高频端的辐射，而且低频端的辐射也是由?值大的高能电子所贡献。对低频值?的