|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ФНКЦ РР |
||
Анализ поляризации синхротронного излучения галактических джетовкурсовая работа (Специалист)
- Научный руководитель: Юшков Е.В.
- Автор: Г.А. Чумарин
- Тип: Специалист
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Кафедра: Кафедра математики
- Год защиты: 2023
- Курс: 2
- Аннотация: Анализ электромагнитного излучения является основным методом исследования окружающей нас Вселенной. Основные причины генерации электромагнитных волн заряженными частицами можно условно разделить на связанно-связанные переходы (атомарные и молекулярные), связанно-свободные (рекомбинация ионов) и свободно-свободные переходы (тормозное радио-излучение электронов, пролетающих вблизи ионов), см., например, \cite{1965Ginsburg}. Вместе с тем в радио-диапазоне существуют и другие, когерентные и некогерентные, механизмы излучения, причем как в плотной плазме (например, спорадическое солнечное излучение), так и в вакууме (например, синхротронное изучение). Последнее играет в радиоастрономии поистинне колоссальную роль, собственно о нем и пойдет речь в курсовой работе. О том, что такое синхротронное излучение, мы подробно напомним в первой главе работы, здесь, для постановки задачи, нам важно вспомнить только то, что, во-первых, источником этого излучения служат релятивистские электроны, а, во-вторых, это излучение является поляризованным, см., например, \cite{1912Schott}. Такое поляризованное излучение, распространяющееся в среде с вмороженным магнитным полем, испытывает на себе эффект Фарадея -- эффект поворота плоскости поляризации, порпорциональный продольной вдоль луча зрения компоненте магнитного поля и длине пройденного пути. Огромные астрофизические масштабы, такие как, например, толщины галактик и туманностей компенсируют сравнительно малые магнитные поля и даже там, где малость полей не позволяет уловить такие эффекты, как расщепление Зеемана или доплеровское уширение -- эффект Фарадея позволяет просунуть астрофизический <<магнетометр>> человечества внутрь далеких галактик и туманностей. Конечно, измерение космического фарадеевского вращения -- очень сложная и трудоемкая процедура и, в частности, требует измерения поворота плоскости поляризации не на одной, а на многих длинах волн, однако астрофизики с помощью современных радиотелескопов научились справляться со многими техническими проблемами в наблюдениях такого нетеплового радиоизлучения \cite{2017Sokoloff}. На страницах курсовой работы речь пойдет об известной формуле Берна \cite{1966Burn}, полученной в 1966 году для зависимости поляризации синхротронного излучения плоской галактики от длины волны. В этом случае и источники излучения, и магнитное поле находятся в одной области, поэтому рассчет поворота плоскости поляризации из-за фарадеевского вращения несколько сложнее нежели чем для классического фарадеевского экрана, через который проходи свет источника, расположенного за ним. Однако простота получаемых формул, подробный математический вывод которых можно найти, например, в \cite{1998Sokoloff}, обеспечила широкую применимость результатов Берна для оценки астрофизических магнитных полей вплоть до сегодняшних дней. Невозможно перечислить все работы в данной области, но при этом нельзя не упомянуть работы Рихарда Велибинского, Элли Беркхаузен, Райнера Бека и Мариты Краузе, которые, используя формулу Берна, внесли большой вклад в современное понимание формирования магнитных полей Вселенной \cite{1996Beck}. Однако в повсеместной применимости формулы Берна есть и серьезная проблема. Во Вселенной не все магнитные структуры похожи на тонкий плоский диск постоянной толщины, поэтому применять по умолчанию при анализе синхротронного излучения ко всем объектам формулы Берна кажется весьма спорным решением. Цель настоящей работы заключается в том чтобы понять, насколько формула Берна применима к объектам, существенно непохожим на плоский диск, в частности, к галактическим джетам. Такие джеты представляют из себя цилиндрические структуры выходящие перпендикулярно или под углом к плоским дисковым и спиральным галактикам, для сравнения на рисунке 1 изображена типичная плоская галактика (слева) и типичный цилиндрический галактический джет (справа). Согласно современным представлениям эти области также насыщены магнитным полем, как и галактические диски, и также содержат релятивистские электроны, соответсвенно, в них также происходит фарадеевское вращение плоскости поляризации синхротронного излучения. Однако геометрия джетовых областей, их азимутальная симметрия и завихренность поля заставляет сомневаться о применимости формулы Берна даже в качестве нулевого приближения. В курсовой работе, следуя идеям Берна и других авторов, мы повторяем вывод зависимостей степеней поляризации от длины волны для синхротронного излучения таких цилиндрических областей. Мы надеемся, что данное исследование будет представлять интерес как с теоретической, так и с практической точки зрения для приложений не только к галактическим джетам, но и к другим объектам аналогичной структуры.
- Добавил в систему: Юшков Егор Владиславович