Radiació de sincrotrón
La radiació de sincrotrón és la radiació electromagnètica generada per partícules carregades (tals com electrons) que es mouen a alta velocitat (una fracció apreciable de la velocitat de la llum) segons una trayectòria curva (o en atres paraules, que experimenten una acceleració perpendicular a la seua velocitat). Tractant-se de partícules carregades, la trayectòria curva es definix usant un camp magnètic. Quant més ràpit es mouen els electrons, més curta és la llongitut d'ona de la radiació. L'emissió sincrotrón es produïx artificialment en els anells d'almagasenament d'un sincrotrón, i en la naturalea es produïx pels electrons a molt altes velocitats movent-se a través dels camps magnètics de l'espai, i s'observa en les explosions i en remanentes de supernovas, radiogalaxias i púlsarés.
La radiació de sincrotrón és similar a la radiació de frenat, que és emesa per una partícula carregada quan l'acceleració és paralela a la direcció del moviment. El terme general per a designar la radiació emesa per partícules en un camp magnètic és radiació giromagnética, el cas especial de la qual ultrarelativista és la radiació de sincrotrón. La radiació emesa per partícules carregades que es mouen de forma no relativista en un camp magnètic es diu emissió de ciclotrón.[1] Per a partícules en el ranc llaugerament relativiste (≈85% de la velocitat de la llum), l'emissió es denomina radiació de girosincrotrón.[2]
Esta radiació va ser aixina cridada despuix del seu descobriment en un accelerador de sincrotrón de l'empresa General Electric, construït en 1946 i anunciat en maig de 1947 per Frank Elder, Anatole Gurewitsch, Robert Langmuir i Herb Pollock en una carta titulada «Radiació d'electrons en un sincrotrón».[3]
En 1955 es va descobrir radiació de sincrotrón des de la Terra en observar Júpiter. La radiació de sincrotrón és emesa per electrons en energies de millons d'electronvoltios.[4] Va ser la primera volta que es va detectar este tipo de radiació en l'espai emesa per una font natural.
Cuantitativament, la potència emesa en forma d'ones electromagnètiques per una càrrega elèctrica en moviment accelerat ve dau per la fòrmula de Larmor:
A on:
- és la càrrega elèctrica de la partícula.
- és l'acceleració de la partícula.
- la permitividad elèctrica del buit.
- és la velocitat de la llum.
.svg){kind=link}
Història
[editar | editar còdic]La radiació de sincrotrón va ser observada per primera volta pel tècnic Floyd Haver, el 24 d'abril de 1947, en el sincrotrón d'electrons de 70 MeV del laboratori d'investigació de General Electric en Schenectady, Nova York.[5] Si ben este no va ser el primer sincrotrón construït, va anar el primer en un tubo de buit transparent, lo que permetia observar directament la radiació.[6]
Segons lo relatat per Herbert Pollock:[7]
Radiació de sincrotrón en astronomia
[editar | editar còdic]
La radiació de sincrotrón també és generada per objectes astronòmics, típicament a on els electrons relativistes giren en espiral (i per lo tant canvien de velocitat) a través de camps magnètics. Dos de les seues característiques inclouen la polarisació i els espectres d'energia de la llei de potències.[9] Es considera una de les ferramentes més poderoses en l'estudi de camps magnètics extrasolars onsevullga que estiguen presents partícules carregades relativistes. La majoria de les fonts de ràdio còsmiques conegudes emeten radiació de sincrotrón. A sovint s'utilisa per a estimar la força de grans camps magnètics còsmics, aixina com per a analisar el contingut dels mijos interestelares i intergalácticos.[10]
Història de la seua detecció en l'espai
[editar | editar còdic]Este tipo de radiació va ser detectat per primera volta en una chorrada emesa per la galàxia elíptica Messier 87 en 1956 per l'astrofísic britànic Geoffrey R. Burbidge,[11] qui ho va vore com la confirmació d'una predicció de l'astrofísic soviètic Iosif S. Shklovsky en 1953. No obstant, havia segut predit abans (1950) pel físic suec Hannes Alfvén i Nicolai Herlofson, abdós basats en el Royal Institute of Technology, Estocolm, Suècia.[12] Les llamaradas solars acceleren les partícules que s'emeten d'esta manera, com va sugerir R. Giovanelli en 1948 i va descriure l'australià J.H. Piddington en 1952.[13]
T.K. Breus va senyalar que les qüestions de prioritat en l'història de la radiació sincrotrón astrofísica són complicades, escrivint:
- En particular, el físic rus V.L. Ginzburg va trencar les seues relacions en I.S. Shklovsky i no va parlar en ell durant 18 anys. En Occident, [l'astrofísic austroamericano] Thomas Gold i [l'astrònom anglés] Sir Fred Hoyle estaven en disputa en H. Alfven i N. Herlofson, mentres que K.O. Kiepenheuer i G. Hutchinson varen ser ignorats per ells.[14]
Des de forats negres supermasivos
[editar | editar còdic]S'ha sugerit que els forats negres supermasivos produïxen radiació de sincrotrón en "chorrada", generada per l'acceleració gravitacional dels ionés en els seus camps magnètics polars. La chorrada observada més propenc és el del núcleu de la galàxia Messier 87. Esta chorrada és interessant ya que produïx l'ilusió de moviment superlumínico com s'observa des del marc de la Terra. Este fenomen es deu a que les chorrada viagen molt prop de la velocitat de la llum i en un àngul molt chicotet cap a l'observador. Degut a que en cada punt de la seua trayectòria les chorrada d'alta velocitat emeten llum, la llum que emeten no s'acosta a l'observador molt més ràpit que la pròpia chorrada. La llum emesa durant centenars d'anys de viage aplega a l'observador en un periodo de temps molt més menut, donant l'ilusió d'un viage més ràpit que la llum, a pesar de que en realitat no existix una violació de la relativitat especial.[15]
Nebuloses del vent Pulsar
[editar | editar còdic]Una classe de fonts astronòmiques a on l'emissió de sincrotrón és important són les nebuloses de vent de púlsar, també conegudes com plerionés, de les quals la nebulosa del Carranc i el seu púlsar associat són arquetípicos. Recentment s'ha observat radiació de rajos gamma d'emissió pulsada del Carranc fins a ≥25 GeV,[16] provablement per l'emissió de sincrotrón per electrons atrapats en el fort camp magnètic al voltant del púlsar. La polarisació en la nebulosa del Carranc[17] a energies de 0,1 a 1,0 MeV, ilustra esta propietat típica de la radiació de sincrotrón.
Mijos interestelares i intergalácticos
[editar | editar còdic]Gran part de lo que se sap sobre l'entorn magnètic del mig interestelar i el mig intergaláctico es deriva de les observacions de la radiació de sincrotrón. Els electrons de rajos còsmics que es mouen a través del mig interactuen en el plasma relativiste i emeten radiació de sincrotrón que es detecta en la Terra. Les propietats de la radiació permeten als astrònoms fer inferència sobre la força i l'orientació del camp magnètic en estes regions. No obstant, no es poden realisar càlculs precisos de l'intensitat de camp sense conéixer la densitat d'electrons relativiste.[10]
En supernovas
[editar | editar còdic]Quan una estrela explota en una supernova, les eyecciones més ràpides es mouen a velocitats semirelativistas d'aproximadament el 10% de la velocitat de la llum.[18] Esta ona expansiva fa girar electrons en camps magnètics ambientals i genera una emissió de sincrotrón, revelant el radi de l'ona expansiva en el lloc de l'emissió. L'emissió de sincrotrón també pot revelar la força del camp magnètic en el front de l'ona de choc, aixina com la densitat circunestelar que troba, pero depén en gran mida de l'elecció de la partició d'energia entre el camp magnètic, l'energia cinètica del protó i l'energia cinètica de l'electró[19] L'emissió de ràdio sincrotrón ha permés als astrònoms tirar llum sobre la pèrdua de massa i els vents estelars que ocorren just abans de la mort estelar.[20][21]
Vore també
[editar | editar còdic]- Radiació electromagnètica
- Sincrotrón
- Força de Abraham-Lorentz
- Radiació de frenat
- Làser d'electrons lliures
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ “Single-electron cyclotron radiation” . Physics Today 69 (1). doi:. Bibcode: 2016PhT....69a..70M.
- ↑ «Radiative processes from energetic particles II: Gyromagnetic radiation».
- ↑ Elder, F. R.; Gurewitsch, A. M.; Langmuir, R. V.; Pollock, H. C., "Radiation from Electrons in a Synchrotron" (1947), Physical Review, vol. 71, Issue 11, pp. 829-830.
- ↑ Keppler, Erhard (1986). «13», Sol, llunes i planetes (en espanyol), Salvat Editors S.A., p. 214. ISBN 84-345-8246-5.
- ↑ “Radiation from Electrons in a Synchrotron” . Physical Review 71 (11): 829–830. American Physical Society. doi:. ISSN 0031-899X. Bibcode: 1947PhRv...71..829I.
- ↑ “Demystifying the synchrotron trip: a first clave user's guide” . Structure 7 (5): R111–R121. doi:. PMID 10378266.
- ↑ “The discovery of synchrotron radiation” . American Journal of Physics 51 (3): 278–280. doi:. Bibcode: 1983AmJPh..51..278P.
- ↑ “On the Maximal Energy Attainable in a Betatron” . Physical Review 65 (11–12). American Physical Society. doi:. ISSN 0031-899X. Bibcode: 1944PhRv...65..343I.
- ↑ Vladimir A. Bordovitsyn, "Synchrotron Radiation in Astrophysics" (1999) Synchrotron Radiation Theory and Its Development, ISBN 981-02-3156-3
- ↑ 10,0 10,1 Klein, Ulrich (2014). Galactic and intergalactic magnetic fields, Cham, Switzerland & New York: Springer. OCLC 894893367. ISBN 978-3-319-08942-3.
- ↑ Burbidge, G. R. (1956). “On Synchrotron Radiation from Messier 87”. The Astrophysical Journal 124. IOP Publishing. doi:. ISSN 0004-637X. Bibcode: 1956ApJ...124..416B.
- ↑ “Cosmic Radiation and Ràdio Stars” . Physical Review 78 (5). APS. doi:. ISSN 0031-899X. Bibcode: 1950PhRv...78..616A.
- ↑ Piddington, J. H. (1953). “Thermal Theories of the High-Intensity Components of Solar Ràdio-Frequency Radiation”. Proceedings of the Physical Society. Section B 66 (2): 97–104. IOP Publishing. doi:. ISSN 0370-1301. Bibcode: 1953PPSB...66...97P.
- ↑ Breus, T. K., "Istoriya prioritetov sinkhrotronnoj kontseptsii v astronomii %t (Historical problems of the priority questions of the synchrotron concept in astrophysics)" (2001) in Istoriko-Astronomicheskie Issledovaniya, Vyp. 26, pp. 88–97, 262 (2001)
- ↑ Chase, Scott I.. «Apparent Superluminal Velocity of Galaxies».
- ↑ “Observation of Pulsed γ-Rays Above 25 GeV from the Crab Pulsar with MAGIC” . Science 322 (5905): 1221–1224. doi:. ISSN 0036-8075. PMID 18927358. Bibcode: 2008Sci...322.1221A.
- ↑ “Polarized Gamma-Ray Emission from the Crab” . Science 321 (5893): 1183–1185. American Association for the Advancement of Science (AAAS). doi:. ISSN 0036-8075. PMID 18755970. Bibcode: 2008Sci...321.1183D.
- ↑ “The Ràdio and X-Ray Luminous SN 2003bg and the Circumstellar Density Variations around Ràdio Supernovae” . The Astrophysical Journal 651 (2): 1005–1018. doi:.
- ↑ “Synchrotron Self-Absorption in Ràdio Supernovae” . The Astrophysical Journal 499 (2): 810–819. doi:.
- ↑ “Ejection of the Massive Hydrogen-rich Envelope Timed with the Collapse of the Stripped SN 2014C” . The Astrophysical Journal 835 (2). doi:.
- ↑ “Radi Analysis of SN2004C Reveals an Unusual CSM Density Profile as a Harbinger of Core Collapse” . The Astrophysical Journal 938 (1). doi:.
Referències
[editar | editar còdic]
- Este artícul conté una traducció derivada de «Radiación de sincrotrón» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.