Введение к работе
Актуальность работы. По современным представлениям, основанным на обширном наблюдательном материале и на многочисленных теоретических исследованиях, излучение космических гамма-всплесков и радиопульсаров генерируется в злактронно-позитронной плазме вблизи поверхности нейтронных звезд с сильным (В ~ 1011- 1012Гс) магнитным полем. В связи с этим представляется актуальным исследование аннигиляционных процессов, протекающих в столь сильных магнитных полях, и характеристик возникающего при этом чзлучеаия, так как зннигиллциснз ое излучение может проявлятся в наблюдаемых спектрах. Сильные магнитные поля нейтронных звезд могут оказывать значительное влияние на процессы аннигиляции электронов и позитронов. Это влияние проявляется в изменении волновых функций и фязовых плотностей аннигилирующих частиц; существенным становятся квантование поперечного движения электронов и позитронов, в результате которого поперечный по отношению к нолю импульс и энергия частиц определяются выражениями р^ -тгсг2гіЬ, є = єп(ря) == (и^с4 + сгр* + сгр^)иг (о = Шв/тсг - В/Вс. ыв = еВ/тс -циклотронная частота, Вс - тгс3/ек = 4.41х1О13 Гс, г - энергия электрона, рх - поперечный импульс, а = 0,1, 2,... - номера уровня Ландау). Наконец, запрещенный в отсутствие внешнэго ноля законами сохранения энергии и импульса процесс однофотонной аннигиляции .чожет играть существенную роль ари наличии сильного магнитного поля.
Настоящая диссертация посвящена последовательному исследованию однофотошюго и даухфотошюго внвглгиллциошюго излучения электронно-позитронной плазмы в сильных магнитных полях нейтронных звезд. Полученные результата актуальны для развития теории излучения источников гамма-всплесков и радиопульсаров и позволяют вылвигать конкретные предложения по планировашш будущих экспериментов.
_ 4 -
Целью работы является теоретическое исследований аншшьшщионного излучения электронно-дазитрошой шгазш в условиях, характерных для магнатосфер нейтронных звезд, и интерпретация на оснсве полученных результатов анншиляционнш: особенностей в спектрах гамма-всплесков.
Научная новизна. Подробно ,:ссле дуются спектры, угловые распределения и поляризация однофотонного ашшгшшционного излучения, а также полная скорость аннигиляции и энергетические потери электронш-позитрошюй плазмы в магнитном поле. Наряду с тепловыми функциями распределения электронов и позитронов рассматриваются степенные функции. При вычислении характеристик излучения учитываются естественные ширины уровней Ландау.
Получены аналитические зависимости и произведены детальные численные расчеты характеристик даухфотонного аннигиляционного излучения в произвольно сильном магнитном дале для случая малых продольных скоростей электронов и позитронов, находящихся на основном уровне Ландау. Показано, что магнитное поле приводит к сильной линейной поляризации излучения.
Исследовано двухфотонкое аннигиляциониое излучение в важном для приложения случае, когда влияние магнитного поля на характеристики аннигиляцуонного излучения проявляется через одномерность движения аннигилируацах. частиц и поляризации их спинов (электроны и позитроны находятся на основном уровне Ландау). Подробно проанализированы характеристики излучения для теплового и степенного распределения частиц по продольным импульсам. Показано, что оддом&рность движения приводит к анизотропии я линейной поляризации излучения. Изучены зависимости шрияы и сдвига аіікнгиляционяой фсши от угла между магнитным нолем и направлением волнового вектора наблюдаемого фсгона.
Подученные результаты использованы для интерпретации спектров гамма-всплесков. 3 предположении того, что уширение спектров связано с одномерным движением частиц, определяются g -параметр красноте смещения нейтронной звезды в метрике
Швпрцдшльда и температура, либо показатель степени степенной функции распределения злектрошо-гозитронвой плазмы в излучающей области магнитосферы шнтронной звезда.
Научная и практическая значимость. В настоящей диссертации детально исследуется однефотоаяое я двухфотонное лшзилалшпюакое излучение электронно-позитронной плазмы в сильных магнитных поляк. Полученные результата позволяют использовать нпблвдения ашигиляшюшого излучения, образующегося в магнитосферах нейтронных звйзл,для определения фязнчэсхк условий в излучээдей области, а также надвигать конкретные предложения по проведению будущих наблюдений этих обьоктов.
Апробация. Результаты диссертации докладывались:
на сомяцзргх сэктора теоретической астрофизики ФТИ им. А.Ф. Иоффе АН ССР.
на семинарах отдела теоретической астрофизики ААО АН Грузия.
- на Международной школе по плазменной астрофизике (Сухуми,
1986).
на Международном симпшэдмй COSPAB/TAU (София 1987).
на Всесоюзном семинаре "Физика нейтронных звезд" (Ленинград, 1988).
на Мездународной іакола по плазменной астрофизике (Толави, 1990).
на Меглунпродаом совещании по гамма-всплескам {Лис - Аламос. 1990).
на Международной конференция "Нойгронные звозл'. Теория и наблвдоаил" (Крит, 1ЭЭС).
По тем» диссертации имеется 10 публикаций, среда которых б - в материалах ко-ференций. 1 препринт и 3 статьи.
Полини обгем аисо?р*гзцди составляет 206 страница машинопис-
- б -
ного текста, в том числе W рисунков, подписи к ним на ^страницах, ж? таблицы и список литературы, включающий ^наименований на Yстраницах. Работа состоит из введения, четырех глав и заключения.
Автор выносит на заэдиту следующие результаты:
- Расчет спектров и угловых распределений одаофотошюго
8ННИГИЛЯЦІЮНН0ГО излучения электронно-позитронной плазмы с
тепловой и степенной функциями распределения аннигилирувдйх
частиц с учетом радиационного уширения уровней Ландау.
Детальный анализ характеристик двухфотонного аннагиляцдонного излучения электронно-позитронной плазмы с тепловой чи степенной функциями распределения для случая, когда действие магнитного поля проявляется через одномерность движения частиц.
Теоретическое исследование поляризационных эффектов, показавше, что високая (до десятков процентов) степень линейной поляризация может рассматриваться как характерное свойство одаофотошюго енаигшшционного излучения электронно-позитронной плазмы в сильном магнитном поле.
- Оценки гравитационного красного смещения и параметров
электронно-позитронной плазмы в излучающих областях магнитосфер
нейтронных звезд - космических гамма-всплесков.