Kleines Lehrbuch der Astronomie und Astrophysik - Astronomie.de

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Teleskope, Detektoren, Meßgeräte
Daraus ergibt sich sofort der Bahnradius � � der Ladung q bei ihrer meist schraubenförmigen
Bewegung (wenn � ∥ > 0) um die Magnetfeldlinien (Larmor-Radius):
� � = �� �
|�|�
Die Umlauffrequenz � (Larmor-Frequenz) beträgt dann:
� = ��
�
[1.41]
wobei im Falle eines Elektrons q die Elementarladung � = −1.602 ∙ 10 ��� C und m die
Elektronenmasse � = 9.109 ∙ 10 ��� kg ist. Da es sich bei dieser Bewegung um eine beschleunigte
Bewegung handelt, ist die Ladung entsprechend den Maxwell‘schen Gleichungen gezwungen,
elektromagnetische Strahlung mit der Frequenz (1.45) zu emittieren. Diese Strahlung nennt man im
nichtrelativistischen Fall (� ≪ �) Zyklotronstrahlung.
In der Astronomie hat man es aber zumeist mit sogenannten „relativistischen“ Elektronen zu tun, deren
Geschwindigkeiten nahe an der Lichtgeschwindigkeit c liegen. In diesem Fall muß die relativistische
Massenzunahme im Ansatz für die Lorentz-Kraft mit berücksichtigt werden. Bezeichnet man wie
üblich mit γ den Lorentzfaktor
γ =
1
⎛ v ⎞
1−
⎜ ⎟
⎝ c ⎠
2
dann modifiziert sich (1.41) zu
1 e B
ω = [1.42]
γ m
0
wobei m 0 die Ruhemasse des Elektrons ist. Die Strahlung, die relativistische Elektronen aussenden,
nennt man Synchrotronstrahlung. Die Besonderheit von dieser Strahlung ist, daß sie in
Bewegungsrichtung stark gebündelt und vollständig linear polarisiert emittiert wird. Man nutzt
übrigens genau diese Eigenschaften aus, um Synchrotronstrahlungsquellen von thermischen
Strahlungsquellen zu unterscheiden. Den Polarisationsgrad kosmischer Strahlungsquellen beschreibt
man häufig mittels der sogenannten Stokes-Parameter (1.24).
Die exakte Theorie der Synchrotronstrahlung ist im Einzelnen sehr kompliziert. Das Spektrum besteht
z.B. aus dicht benachbarten Emissionslinien, die aber gewöhnlich so dicht liegen, daß sie zu einem
Kontinuum verschmiert werden. Die Intensitätsverteilung läßt sich dann näherungsweise durch ein
Potenzgesetz der Form
I
~
α
ω ω − [1.43]
darstellen.
Hochenergetische Synchrotronstrahlung findet man z.B. in Supernovaüberresten (Pulsare) und im
Bereich aktiver galaktischer Kerne. Als Röntgenstrahlung wird der Wellenlängenbereich zwischen