相对论电子的物理效应及其在高能天体中的应用

本文对相对论电子的辐射性质、能谱演化和加速机制等进行了简要的介绍。同时，对相对论电子在高能天体中的辐射作用和特性进行了简要的综述。本文给出了相对论电子在Blazar天体的射电辐射机制、光变机制、BL Lac天体的辐射机制以及γ暴的辐射机制等方面的应用研究成果。1、提出了相对论电子的光学薄同步辐射模型：解释Blazar天体的射电平谱：Blazar中心体的剧烈活动，使射电辐射区处于等离子体湍动状态，其中的相对论电子在湍动等离子体波的二交费米加速、激波加速、辐射损失、粒子逃逸和辐射区的绝热减速等物理过程作用下，形成较平的能谱，产生射电平谱。2、提出了新的Blazar天体光变模型：当Blazar天体爆发时，中心天体产生大量的相对论电子，注入喷流中；相对论电子产生同步辐射，并不断损失能量和逃逸辐射区，使它们的能谱快速变化，引起辐射发生快速光变。3、给出了BL Lac天体的等离子体反应堆模型：大量相对论电子从中心天体注入周围的等离子体反应堆中，通过同步辐射快速损失能量，同时这些电子同步吸收反应堆中不透明的光子，产生一个稳定、各向同性的幂律分布，其谱指数为γ＝3；然后，这些相对论电子通过等离子体反应堆的爆发或其表面扩散过程逃逸出来，辐射低频的同步辐射。模型解释了BL Lac天体的高频辐射表现出快速的谱变化性质，即流量减小时谱变陡。4、提出了相对论电子的内激波加速模型，解释γ暴的尖峰光变特性：在γ暴产生的相对论运动的壳层中，有内激波产生；激波在壳层中传播，耗散壳层的运动能，使其中的部分电子加速成为相对论电子。然后，这些电子通过同步辐射产生观测到的γ辐射。模型认为，γ暴中的每个尖峰辐射是一对内激波加速相对论电子的辐射过程，复杂的γ暴光变曲线是多对内激波辐射过程的叠加。     

γ射线噪Blazar天体中尘埃的作用

利用具有多波段谱指数及流量观测资料的５９ 个Ｂｌａｚａｒ 天体作为样本,我们研究了各波段流量之间,谱指数之间的可能的相关性。新的可能的限制已从理论上进行了深入地讨论。结果暗示：（１） 同步自康普顿机制是Ｂｌａｚａｒ 天体γ射线辐射的主要机制。（２） 相对论电子与吸收积盘热光子的逆康普顿散射是Ｂｌａｚａｒ 天体γ射线产生的另一个重要机制。（３）ＢＬＬａｃ 天体不是“纯非热辐射”的天体,它们也具有强的热辐射。     

活动星系核中相对论电子束的物理效应

本文研究了Ｂｌａｚａｒ天体的辐射性质，提出一种新的喷流模型，即具有幂律分布的极端相对论电子团从中心核注入喷流等离子体中，它在一定的注入速度下，不仅能在喷流等离子体中激发等离子体湍动，产生电磁波的相干辐射，而且能产生强的同步辐射。利用等离子体的弱湍理论，我们研究了极端相对论电子团在喷流等离子体中的辐射过程，并详细研究了它在解释Ｂｌａｚａｒ天体辐射特性中的应用，本文认为，Ｂｌａｚａｒ天体的不稳定辐射与极端相对论电子团的无规注入、喷流等离子体的物理环境瞬息变化有关。Ｂｌａｚａｒ中快速变化的辐射偏振角摆动。产生于相对论电子团在湍动等离子体中的同步辐射过程。另外，Ｘ选和射电选的ＢＬＬａｃ天体之间的区别取决于喷流等离子体的运动状态和物理环境。     

活动星系统中相对论电束的物理效应

本文研究了Ｂｌａｚａｒ天体的辐射性质，提出一种新的喷流模型，即具有幂律分布的极端相对论电子团从中心核注入喷流等离子体中，它在一定的注入速度下，不仅能在喷流等离子体中激发等离子体湍动，产生电磁波的相干辐射，而且产生强的同步辐射，利用等离子体的弱湍理论，我们研究了极端相对论电子力在喷流等子体中的辐射过程，并详细研究了它在解释Ｂｌａｚａｒ天体辐射特性中的应用，本文认为，Ｂｌａｚａｒ天体的不稳定辐射与极端     

Blazars的多波段辐射谱：聚束效应和内禀谱

考虑了观测到的Ｂｌａｚａｒｓ多波段辐射的两分量特征,提出该观测特征可由频率相并的取束效应和内禀谱一起来解释。多普勒因子与频率之间的关系由分析观测数据获得。假定内禀谱由非均匀喷流中同步－自康普顿机制产生,应用该模型解释了３Ｃ２７９的辐射。     

等离子体湍动电场对Stark致宽函数的贡献

过去在用Stark效应研究天体活动过程的光谱时,一般仅考虑Holtsmark场的作用,所得出的电子密度只是一个上限。近来的研究表明,等离子体湍动电场在其中也起着重要的作用,而且当计及这种场的作用时,电子密度减小很多。本文给出Balmer线从H_3—H_(30)的Stark致宽函数S(α,α),它们是考虑到Holtsmark场和湍动场的联合作用以及对两者的不同比值而计算的,所给出的结果与Underhill等和Galdetskii等分别对纯Holtsmark场和纯湍动场而得到的类似数值不同。由于除了极少数外,大部分太阳耀斑和爆发日珥以及其他天体活动过程可能都处于弱或中等等离子体湍动状态,因而所算出的S(α,α)值可用于这些过程的氢线轮廓或半宽的分析。     

Blazars的多波段辐射谱:聚束效应和内禀谱

考虑了观测到的Ｂｌａｚａｒｓ多波段辐射的两分量特征,提出该观测特征可由频率相并的聚束效应和内禀谱一起来解释．多普勒因子与频率之间的关系由分析观测数据获得．假定内禀谱由非均匀喷流中同步－自康普顿机制产生,应用该模型解释了３Ｃ２７９的辐射．     

费米耀变体的X射线辐射

耀变体(blazar)的X射线辐射位于同步辐射的尾部及逆康普顿辐射的前部分,因此其辐射起源较为复杂.耀变体从射电到X射线波段辐射的谱能分布(SED)可用抛物线函数近似拟合.若将该拟合所得拟合曲线近似视为耀变体的物理谱,分析费米(Fermi)耀变体的X射线辐射,则结果表明:耀变体的X射线辐射包含同步辐射和逆康普顿辐射2个成份,并可用该拟合线将X射线的同步辐射和逆康普顿辐射成份进行简单分离;源的同步峰频越高,其同步辐射成份越多,而其逆康普顿辐射成份越少;在X射线1 keV处,对于平谱射电类星体(FSRQ)、低同步峰BL Lac天体(LBL)和高同步峰BL Lac天体(HBL),其同步辐射成份占总辐射的比例分别为17%、27%和73%;同步峰频与X射线1 keV处同步辐射流量密度有强正相关,而与逆康普顿辐射流量密度无相关;在X射线波段,LBL的辐射机制与FSRQ的类似.     

BL Lac天体PKS 2155－304的X射线谱

对ＢＬＬａｃ天体ＰＫＳ２１５５－３０４的多波段同时性观测表明，１－１０ｋｅＶ左右的Ｘ射线谱可用近似幂律谱和６－７ｋｅＶ之间的吸收峰很好地描述，观测到的光变时标，秒。这说明ｘ射线很可能是产生于中心黑洞附近的内部区域而穿过源外部“冷”的气体到达观测者的，因此，本文假定１－１０ｋｅＶ左右的Ｘ射线是在中心天体附近区域产生，观测到的谱则是原始谱在穿过周围较“冷”的等离子体介质时，受到康普顿软化所致。由此可解释Ｘ射线谱的观测特征，特别是Ｘ射线幂律谱高频端的陡化。     

太阳活动区磁重联过程中电场加速高能电子分布的演化特征

基于活动区暗条快速上升后其下方电流片重联过程中产生强电场加速电子这一物理过程,解包括库仑碰撞和离子声湍动散射的Fokker-Planck方程,获得电子分布函数的演化特征．计算结果表明(1)当电场强度为1-10V·cm-1时,在10-5-10-6s可将电子加速到(0．1-1)Mev量级;(2)被加速电子近似呈幂律谱分布,其谱指数与耀斑脉冲相微波和硬X射线推断的电子谱指数基本吻合．     

等离子体天体物理中的弱湍动和强湍动

本文对等离子体天体物理中的弱及强湍动进行评述,并强调了等离子体的基本相互作用。 弱湍动的主要课题是波—波、波—粒子间的非线性相互作用;相互作用的动力学方程组可用半经典方法导出。讨论了如下重要课题:弱非均匀性介质中波的传播方程,湍动加速和磁发电机制。 分析了控制强湍动现象的查哈罗夫方程。讨论了一些天体物理中的重要问题,例如宇宙天体中自生磁场、电双层、孤波加速、辐射以及爆发等等。     

逆康普顿散射对γ暴余辉的影响

γ暴余辉的发现是γ暴研究史上的一个重大突破,火球模型几乎可以较好地解释γ暴余辉的观测特性。但在标准的火球模型中,通常只考虑电子的同步加速辐射,没有考虑电子逆康普顿散射的贡献。这里我们详细计算了逆康普顿散射对γ暴余辉的影响,发现在一定的条件下,逆康普顿散射的影响是很重要的,它可以显著地改变辐射能谱,进而改变γ暴余辉的光变特性。     

BL Lac天体PKS 2155—304的X射线谱

对ＢＬ Ｌａｃ天体ＰＫＳ ２１５５－３０４的多波段同时性观测表明，１－１０ｋｅＶ左右的Ｘ射线谱可用近似幂律谱和６－７ｋｅＶ之间的吸收峰很好地描述，观测到光变时标ｔＤ≤２０００秒。这说明Ｘ射线很可能是产生于中心黑洞附近的内部区域而穿过源外部“冷“的气体到达观测者的。因此，本文假定１－１０ｋｅＶ左右的Ｘ射线是在中心天体附近区域产生，观测到的谱则是原始谱在穿过周围较“冷“的等离子体介质时，受到康普顿软化     

脉冲型耀斑中阿尔芬波湍流加速3He和重离子机制探讨

基于在^3He丰富事件中，高能^3He和重离子具有相似的幂律谱分布这一观测结果，通过数值求解Fokker-Planck方程，探讨经阿尔芬波湍动速后的离子分布随时间的演化特征。计算结果表明：加速源区的等离子体密度和阿尔芬波湍动能量密度对粒子能谱分布起主要作用，如果取加速源区等离子体密度n=(0.1-1)10^10cm^-3、磁场强度B=50-100Gs、湍动能量密度为0.4-2ergs cm^-3，则在1秒左右的时间内，湍动阿尔芬波能够将^3He和重离子加速到10MeV/nucleon量级，能谱指数为2.0-3.5。理论计算与观测结果基本一致。     

BLLac天体的谱性质

研究了等离子体反应堆模型,统一解释活动星系核的辐射性质,特别是ＢＬＬａｃ天体的谱性质,具体的物理过程是：大量相对论电子从中心天体注入周转的等离子体反应堆中,通过同步辐射快速损失能量,同时这些电子同步吸收反应堆中遥光子,产生一个稳定,各向同性的幂律分布,其谱指数为γ＝３;然后,这些相对论电子通过等离子反应堆的爆发发或其表面扩散过程逃逸出来,产生低频的同小辐射;来自等离子体反应堆的高频辐射表现出快速的     

BL Lac天体的谱性质

研究了等离子体反应堆模型,统一解释活动星系核的辐射性质,特别是ＢＬＬａｃ天体的谱性质．具体的物理过程是:大量相对论电子从中心天体注入周围的等离子体反应堆中,通过同步辐射快速损失能量,同时这些电子同步吸收反应堆中不透明的光子,产生一个稳定、各向同性的幂律分布,其谱指数为γ＝３;然后,这些相对论电子通过等离子体反应堆的爆发或其表面扩散过程逃逸出来,产生低频的同步辐射;来自等离子体反应堆的高频辐射表现出快速的谱变化,即流量减小时谱变陡．另外,还详细分析了具有辐射损失和相对论电子注入的同步辐射源的性质．     

太阳耀斑非热电子动力学研究

主要讨论太阳耀斑过程中非热电子动力学过程的理论模型以及在硬X射线和射电波段的观测特征。现在广为接受的非热电子动力学过程的模型是"俘获+沉降"模型,由电子的加速、注入、沉降、俘获及能量损失5个部分组成。射电和硬X射线爆发是非热电子在输运过程中与磁场、背景等离子体及其产生的波等相互作用的产物,是非热电子动力学过程的即时反映。通过分析射电和硬X射线辐射的流量、谱和成像特征,可以研究非热电子的空间分布和时间演化,研究非热电子输运过程中发生的碰撞、辐射、散射、波-波、波-粒相互作用等物理过程,研究耀斑磁场、背景等离子体特征,进而为太阳耀斑的磁场结构、太阳大气分布、磁重联模型的研究提供理论和观测依据。     

16398区的H_a磁结构剖析和谱斑的湍动加热

本文利用ZFM法则分析了紫金山天文台1979年11月所拍日面16398活动区精细色球照片,探讨了谱斑、耀斑、磁场、波湍动和H_a形态发展间的关系。并试用波场流体场的耦合方程去解释谱斑的垂直加热问题,认为观测到的细长谱斑亮条应是水平湍动加热的表征。     

基于电子束离子阱的天体X射线和极紫外辐射研究进展

观测光谱是研究天体的基础资料,对这些光谱的理解主要依靠理论模型。由于各模型依赖于众多的基本原子参数,且不同的模型对同一特定对象有不同的理解,所以对这些模型进行实验校准十分重要。电子束离子阱(electron beam ion trap,简称EBIT)能够产生与天体环境类似的等离子体环境,因此基于电子束离子阱的实验室光谱测量极大地促进了对天体X射线和极紫外辐射的研究。主要对以下内容进行介绍:卫星观测光谱和理论数值计算的现状及所面临的问题;基于电子束离子阱的类氖铁(Fe XVII)3C/3D重要诊断谱线比的最新研究进展;近年来实验室电子束离子阱对X射线和极紫外辐射的测量进展。最后,对现有的实验室光谱研究工作予以简要的展望。     

脉冲星和活动天体讨论会——北京天文学会主办1983年8月2日-1983年8月8日,在北京大学举行

北京天文学会主办1983年8月2日一1983年8月8日.在北京大学举行报告题目报告人1.相对论性天体—55斗332.毫秒脉冲星PSR 1 93夕十2抖3.我国的高空科学气球及脉冲星观侧4.脉冲星辐射的几何研究5,强磁场下逆康普顿散射及在脉冲星中的应烤6.脉冲星光学辐射的逆康普顿散射机制夕.脉冲