《強磁场中的回旋辐射、共振逆Compton散射以及活动星系核中Cerenkov线状辐射的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《強磁场中的回旋辐射、共振逆Compton散射以及活动星系核中Cerenkov线状辐射的研究（66页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、强磁场中的回旋辐射、共振逆C o m p t o n 散射以及活动星系核中C e r e n k o v 线状辐射的研究S t u d yo fc y c l o t r o nr a d i a t i o na n dr e s o na ti n v e r s eCo m p t o ns c a t t e r i n g i ns t r o n gm a g n e t i cf i e l da n d J _ll l 一1 Le r e n K O Vl i n e l l K er a n i a U o ni na c t i v eg a l a c t i cn u
2、c l e i博士后流动站( 一级学科) 专业( 二级学科)研究工作起始时间：研究工作期满时间：姓名：陈磊名称：天文学名称：天体物理学2 0 0 5 年8 月1 日 2 0 0 7 年7 月3 0 日中国科学院上海天文台2 0 0 7 年7 月摘要本文包括两部分内容，一部分是强磁场中的回旋辐射、共振逆C o m p t o n 散射的研究，包括理论研究和在天文学研究中的实际应用：另一部分是活动星系核中C e r e n k o v 线状辐射的研究，探讨活动星系核中的氢B a l m e r 线起源于C e r e n k o v 线状辐射机制的可能性。非相对论电子在强磁场中的各种回旋辐射过程，
3、包括回旋吸收、回旋发射、回旋散射，是x 射线天文学中重要的谱线发射和吸收机制。而相对论电子在强磁场中的共振逆C o m p t o n 散射( R I C S ) 过程则是重要的1 射线发射机制。对二者的理论研究因此有重要价值。R I C S 过程通过L o r e n t z 变换而等价于非相对论电子的回旋散射过程。因此原则上说，只要从理论上将回旋辐射的相关物理研究透彻，! j J J R I C S 过程的物理也就清楚了。但是采用Q E D 理论得到的回旋辐射过程严格解形式过于复杂，限制了其在天文学中的实际应用。尤峻汉等和用一种半经典的近似处理方法，得到了对该问题的近似解。其公式简洁，便于
4、使用，而由于近似带来的误差很小。因此该近似解已在天文学中得到应用。但唯一的缺点是该工作给出的全部是对各偏振态平均的结果。本人在尤峻汉等工作的基础上加以改进求出了对不同偏振方向的入射和出射光子的相关结果，包括回旋吸收截面、吸收系数、自发回旋跃迁概率、微分回旋散射截面等。在此基础上，通过L o r e n t z 变换，又得到R I C S 的完整解，也就是已知相对论电子能量、磁场值、软光子场分布的情况下，可确定任意方向、频率和偏振态的出射功率。本报告的前两章介绍了这些理论工作。第三章讨论了孤立中子星1 E1 2 0 7 4 - 5 2 0 9 中X 射线波段的回旋吸收线。利用半经典理论给出的回旋
5、吸收系数公式，对回旋吸收线的性质做了分析。通过我们的分析，确认了这些回旋吸收线来自电子回旋吸收，排除了质子回旋吸收的可能性。并成功解释了倍频吸收等值宽度与基频吸收等值宽度很接近这一有趣现象。通过我们的模型计算，还获得了1 E1 2 0 7 4 5 2 0 9 的相关物理信息：吸收气体柱密度以及自转轴相对观测者视线的倾角。本文第四章尝试以R I C S 辐射机制解释伽玛射线暴( G R B ) 中的原初1 射线发射。R I C S 突出的特点，如极高的辐射效率、单色性、方向性等，使得它成为G R B 原初1 射线产生机制的一个令人满意的候选者。我们发现，采用R I C S 机制可以解决流行模型与
6、遇到的一些问题，如：两段式幂律谱的产生机制以及相关的“d e a d l i n e ”问题、致密性问题等。尤其重要的是，我们采用该机制，不需要过多的参数假定就可以推出所谓A m a t i 关系，即G R B 的表观各向同性总能量释放与G R B 峰值频率之间的相关性，前者正比于后者的平方。此外，我们还预言偏振性应是G R B 中的普遍现象。这就提供了通过观测来进一步验证我们的新模型的一个途径。本文最后两章探讨了活动星系核中的氢B a l m e r 线起源于C e r e n k o v 线状辐射机制的可能性。我们从两个角度来验证氢B a l m e r 线是起源于C e r e n k
7、o v 线状辐射机制还是复合机制。一是红移差的分析，C e r e n k o v 线状辐射机制所产生的氢发射线之间具有内禀的红移差：而复合机制所产生的氢线只可能有一致性的红移。二是强度比的分析，两种机制所预言的强度比是不同的。我们搜索已发表的观测结果并做了统计。结果两项验证都给出了有利于C e r e n k o v 线状辐射机制的结果。第五章中的统计结果初步表明，各条氢发射线之间确实有微小的红移差。而第六章中我们说明，过陡的B a l m e r 减缩难以用复合机制说明而和C e r e n k o v 线状辐射机制的预言相符。A b s t r a c tT h ep r e s e n
8、 tr e p o r tc o n s i s t so ft w op a r t s 0 n ei st h er e s e a r c hu p o nc y c l o t r o nr a d i a t i o na n dr e s o n a n ti n v e r s eC o m p t o ns c a t t e r i n go fe l e c t r o n si ns t r o n gm a g n e t i cf i e l d ，i n c l u d i n gb o t ht h et h e o r e t i c a lr e s e a
9、r c ha n ds o m ea p p l i c a t i o n si na s t r o n o m y T h eo t h e rp a r ti St h es t u d yo fC e r e n k o vl i n e - l i k er a d i a t i o nfC L L R li nA G N s ，e x p l o r i n gt h ep o s s i b i l i t yf o rt h eh y d r o g e nB a l m e rl i n e st ob ep r o d u c e db yC L L R T h ec
10、y c l o t r o nr a d i a t i o np r o c e s s e so fn o n r e l a t i v i s t i ce l e c t r o n si ns t r o n gm a g n e t i cf i e l d ，i n c l u d i n ga b s o r p t i o n s ，e m i s s i o n sa n ds c a t t e r i n g s ，a r ei m p o r t a n te m i t t i n ga n da b s o r b i n gm e c h a n i s mi
11、 nX r a ya s t r o n o m y w h i l et h er e s o n a n ti n v e r s eC o m p t o ns c a t t e r i n g ( R I C S ) o fr e l a t i v i s t i ce l e c t r o n si ns t r o n gm a g n e t i cf i e l di Sai m p o r t a n t1 一r a ye m i t t i n gm e c h a n i s m T h e o r e t i c a lr e s e a r c ho ft h
12、e ma r et h e r e f o r ev a l u a b l e Ar e s o n a n ti n v e r s eC o m p t o ns c a t t e r i n gi Se q u i v a l e n tt oac y c l o t r o ns c a t t e r i n go fan o n r e l a t i v i s t i ce l e c t r o nv i aaL o r e n t zt r a n s f o r m a -t i o n T h e r e f o r e ，i np r i n c i p l e
13、，at h o r o u g ha n a l y s i so fc y c l o t r o nr a d i a t i o nw i l la l s oc l a r i f yt h ep h y s i c so fR I C S H o w e v e r ，t h es t r i c ts o l u t i o no ft h ec y c l o t r o nr a d i a t i o nb yt h eQ E Dt h e o r yi St o oc o m p l i c a t e dt ob ec o n v e n i e n t l yu s e
14、 di na s t r o n o m y Y o Ue ta 1 p r o p a s e das e m i c l a s s i ca p p r o x i m a t em e t h o dt os o l v et h ep r o b l e m T h er e s u l t a n tf o r m u l a ea r en e a ta n dh a n d y ，w i t hS n l a l la p p r o x i m a t i n gi n a c c u r a c y ，a n dh a sa l r e a d yb e e nu s e
15、di na s t r o n o m y Ao n l yb a c k w a r di St h a tt h e yg a v eo n l yt h ep o l a r i z a t i o n a v e r a g e dr e s u l t s Ii m p r o v e dY o ue ta i Sw o r k o b t a i n i n gt h er e s u l t sf o rt h ed i f i e r e n tp o l a r i z a t i o n so fi n c i d e n ta n de m e r g e n tp h
16、o t o n s ，i n c l u d i n gt h ec y c l o t r o na b s o r p t i o nc r o s ss e c t i o n ，a b s o r p t i o nc o e m c i e n t t r a n s i t i o np r o b a b i l i t yo fs p o n t a n e o u st r a n s i t i o na n dd i f i e r e n t i a lc r o s ss e c t i o no fc y c l o t r o ns c a t t e r i n gT h e n v i aL o r e n t zt r a n s f o r m a t i o n s ，af u l ls o l u t i o no ft h eR I C Sp r o c e s si So b t a i n e d ，i e ，w h e nt h ee n e r g
