Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://hea.iki.rssi.ru/conf/hea2008/Presentations/24Dec/Garasyov.pdf Дата изменения: Fri Jan 16 18:07:20 2009 Дата индексирования: Tue Oct 2 01:00:41 2012 Кодировка: Windows-1251 Поисковые слова: закон вина

Перенос и давление гирорезонансного излучения в атмосферах нейтронных звезд и белых карликов

Гарас?в М.А., Деришев Е.В., Кочаровский Вл.В.

Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород

24 декабря 2008г.

Гарас?в М.А. (ИПФ РАН)

HEA 2008

1 / 20


Павлов Г.Г., Шибанов Ю.А., Митрофанов И.Г. Meszaros, P.; Nagel, W. Железняков В.В., Сербер А.В., Литвинчук А.А. Wang J. C. L., Wasserman I. M., Salp eter E. E.

Гарас?в М.А. (ИПФ РАН)

HEA 2008

2 / 20


Циклотронный резонанс резко увеличивает непрозрачность плазмы на частотах вблизи

nB . B =

eB /(mc

)



гирочастота, n - номер гармоники.

cyc 1 1 mc 2 T T B
потери массы? Митрофанов, Павлов 1981 Железняков, Литвинчук 1987 Железняков, Сербер 1991

1

Значительное увеличение силы давления излучения - механизм

Гарас?в М.А. (ИПФ РАН)

HEA 2008

3 / 20


Перенос излучения в линии электронного циклотронного резонанса

Изотермическая плоскопараллельная атмосфера Намагничение вакуума Выход излучения из резонанса Изменение поляризации нормальных волн

Гарас?в М.А. (ИПФ РАН)

HEA 2008

4 / 20


Условие гирорезонанса.

Пусть продольный импульс электрона до взаимодействия с фотоном равен

P

. Условие резонансного поглощения фотона, связывающее его

частоту и угол распространения с продольным импульсом электрона:

mc


2

+ 1+

P mc

2

+

2 B

mc

2

l

=

1+

Pc

+ cos

2

mc

2

+

2 B

mc

2

(l + 1).

Здесь

l

(1)

- номер уровня Ландау, на котором находился электрон до

поглощения фотона. Условие гирорезонанса. Нерелятивистский случай

(1 - cos ) = B

Фотоны всегда взаимодействуют с одной и той же группой резонансной группой электронов.

Гарас?в М.А. (ИПФ РАН)

HEA 2008

5 / 20


Условие гирорезонанса. Слаборелятивисткое приближение

Резонансное условие:

(1 - cos + = v /c ,

2 ) = B (1 - sin2 ), 2 , , B
гирочастота.

= B /(

mc

2

),

скорость электрона,

частота и угол

распространения фотона,

Резонансные значения скорости электрона:



1,2

= cos +

cos2 - 2(1 -

B (1 - sin2 )),

2 = 2 cos - 1 .

Гарас?в М.А. (ИПФ РАН)

HEA 2008

6 / 20


Выход излучения из резонанса
Взаимодействие с двумя группами электронов может приводить к весьма эффективному выходу фотонов из циклотронной линии. Для демонстрации этого факта рассмотрим рассеяние фотона с частотой и углом распространения

,

на электроне, движущемся со скоростью и попадает в резонанс с электронами,

2

, где

|2 | > |1 |.

В результате рассеяния фотон приобретает частоту

и угол распространения



имеющими не только скорость



2

= 2 + 2(cos - cos ),

мало отличающуюся от первоначальной, но и другую скорость, которая может быть сильно смещена:

1 = 2 cos - 2 .
В итоге, фотон, рассеянный, скажем, в направлении почти поперек магнитного поля, где линия наиболее узкая, может резонансно провзаимодействовать с более быстрым электроном и уйти из линии.
Гарас?в М.А. (ИПФ РАН) HEA 2008 7 / 20


Выход излучения из резонанса

Релятивистские эффекты - перескоки между двумя резонансными корнями Естественная ширина линии - рассеяние в крыльях линии Неэквидистантность уровней Ландау Переходы с изменением спина электрона Эффект отдачи Уход в нерезонансную моду

Гарас?в М.А. (ИПФ РАН)

HEA 2008

8 / 20


Выход излучения из резонанса


Магнитоактивная плазма. Используемые приближения

Разреженная плазма, т.е. выполнен критерий:

(pl ) | ik - ik |

1,

при этом

|n1,2 - 1|

1.

Электроны находятся на нулевом уровне Ландау Релятивистские поправки к условию гирорезонанса Бесстолкновительная плазма

Гарас?в М.А. (ИПФ РАН)

HEA 2008

10 / 20


Тензор диэлектрической проницаемости

Для слаборелятивистской магнитоактивной плазмы с учетом эффекта отдачи и конечной естественной ширины циклотронного резонанса (в декартовой системе координат с осью Z вдоль магнитного поля и волновым вектором, лежащим в плоскости YZ):
xx zz
=

yy = 1 + i (b- + 2 L , = 1- ( + i )

b

+

),

xy = - yx =

b

-

-

b

+

,

xz = zx = zy = yz = 0;

b b

1,2

+

-

2 L , 2 2 (1 + B /( + i )) 2 L (1 ) - (2 ) , = 2ћ 2 - 1 4 2 T

=

i

=

1 2T 2mc

cos +

cos2 - 2 1 -

B

1 - sin2 +

i

B

,

=



2

,

(Z ) =

i


+

-

e -y 2 dy Z -y

функция Крампа.


Коэффициенты затухания

Рис.: Зависимость логарифмов ко эффициентов затухания Imn1,2 нормальных волн от частоты. Параметры: (а) N = 1021 см-3 , cos = 0.1, B = 8.6 Ч 1011 Гс, kT = 1кэВ, при этом B /(kT ) = 10; (б) N = 1021 см-3 , cos = 0.1, B = 2.56 Ч 1011 Гс, kT = 1кэВ, при этом B /(kT ) = 3. Сплошная линия - с уч?том релятивистских эффектов и эффекта отдачи, штриховая - без уч?та. Верхние кривые относятся к необыкновенной волне, нижние к обыкновенной.
Гарас?в М.А. (ИПФ РАН) HEA 2008 12 / 20


Намагничение вакуума
Намагничение вакуума можно описать, вводя диэлектрическую и магнитную проницаемости:

vac = (1 - 2a) + 7 ik ik
чik
-1(vac )

a

Bi B B2

k,

a
k,
13

=

45

B B0
=

2

,
2

= ik (1 - 2a) - 4a

B

0

=

m2 c e

3

Bi B B2

e

c

,

4.4 ћ 10

Гс

.

Для магнитных полей нейтронных звезд и белых карликов обычно выполняется соотношение

a

1

. Однако, если вакуумный вклад в

тензор диэлектрической проницаемости сравним с плазменным вкладом, то существенным образом изменяются поляризация и показатели преломления нормальных волн в магнитоактивной плазме.

Гарас?в М.А. (ИПФ РАН)

HEA 2008

13 / 20


Намагничение вакуума

Зависимости логарифмов коэффициентов поглощения от логарифма концентрации. Магнитное поле

B

= 5 ћ 10

11 Гс, температура

kT

= 500

эВ.

Гарас?в М.А. (ИПФ РАН)

HEA 2008

14 / 20


Намагничение вакуума и давление излучения

Гарас?в М.А. (ИПФ РАН)

HEA 2008

15 / 20


Гарас?в М.А. (ИПФ РАН)

HEA 2008

16 / 20


Диаграммы направленности гирорезонансного излучения выходящего из атмосферы нейтронной звезды
Температура

T

=1

кэВ, магнитное поле

B

= 2.56 ћ 10

11 Гс.


Темп потери массы компактных звезд с водородной атмосферой

Гарас?в М.А. (ИПФ РАН)

HEA 2008

18 / 20


Результаты

Для компактных звезд с водородной атмосферой вычислены давление, спектр и диаграммы направленности гирорезонансного излучения. Определен темп потери массы из атмосфер таких звезд.

Учтенные эффекты
Выход фотонов из резонанса, обусловленный релятивистскими эффектами и естественной шириной гирорезонансной линии. Изменение поляризации нормальных волн из-за влияния намагничения вакуума. Неоднородность магнитного поля. Эффект отдачи.

Гарас?в М.А. (ИПФ РАН)

HEA 2008

19 / 20


Гарас?в М.А. (ИПФ РАН)

HEA 2008

20 / 20