Co to jest promieniowanie synchrotronowe?
Promieniowanie synchrotronowe (synchrotron radiation) to promieniowanie elektromagnetyczne emitowane przez naładowane cząstki (głównie elektrony) poruszające sie z prędkościami bliskimi prędkości światła (relatywistycznymi) i zakrzywiane przez pole magnetyczne. Elektrony w polu magnetycznym poruszają sie spiralnie wzdłuż linii pola i emitują promieniowanie skoncentrowane wąskim stożkiem w kierunku ruchu (relatywistyczne skupienie, beaming). Promieniowanie synchrotronowe jest silnie spolaryzowane i ma charakterystyczne widmo: moc rośnie do maksimum, a potem spada wykładniczo powyżej częstotliwości krytycznej.
Promieniowanie synchrotronowe jest wszechobecne w astrofizyce wysokich energii: Mgławica Kraba (M1, pozostałość supernowej 1054 n.e.) emituje promieniowanie synchrotronowe od radia przez optykę po promienie gamma – zasilana przez pulsar PSR B0531+21 (33 ms). Dżety w galaktykach aktywnych (AGN, blazary, radiogalaktyki – Cygnus A, M87) emitują synchrotron w falach radiowych i rentgenowskich. Mgławice wiatrowe pulsarów (PWN, Pulsar Wind Nebulae) – Crab, G21.5-0.9. W Drodze Mlecznej: środkowe pasmo na zdjęciach radiowych pochodzi z synchrotronu w polach magnetycznych międzygwiazdowych od elektronów kosmicznych. Charakterystyczne dla synchrotronowych źródeł radiowych: wskaźnik widmowy alfa ok. -0,7 do -0,8 (S_nu proporcjonalne do nu^alfa) – typowy dla nietermicznego promieniowania synchrotronowego. Samoabsorpcja synchrotronowa (SSA) przy niskich częstotliwościach powoduje odcięcie widma i inwersję (widmo staje sie płaskie lub narastające w radionie). Wiek synchrotronowy: elektrony tracą energię przez synchrotron i inverse Compton – wiek populacji elektronów wyznacza sie z krzywej widma (spectral aging).
Promieniowanie synchrotronowe odkryto w ziemskich akceleratorach (synchrotronach) w 1947 roku (Ivanenko i Pomeranchuk, 1946; Schwinger, 1949). Astrofizyczne synchrotronowe promieniowanie zidentyfikował Shklovsky w 1953 roku, interpretując emisję Mgławicy Kraba. Ziemskie synchrotrony (ESRF w Grenoble, DESY w Hamburgu, NSLS-II w Brookhaven, SLAC) sa źródłami intensywnego promieniowania röntgenowskiego używanego w badaniach materialowych, medycynie i biologii strukturalnej. Promieniowanie synchrotronowe jest kluczowym narzędziem diagnostycznym plazmy w kosmosie – mierząc polaryzację i widmo wyznaczamy pole magnetyczne i energie elektronów w odległych dżetach i mgławicach.