第5回黒体放射とその応用

第６回
制動放射
東京大学教養学部前期課程
2015年冬学期宇宙科学II
松原英雄（ＪＡＸＡ宇宙研）
1
制動放射とは？
• 運動する荷電粒子が、加速度
を持つ時、電磁波が放射される。
宇宙の主要な構成物質である
水素の原子核のクーロン力で、
自由電子が「制動」を受けた時
も、電磁波が放射される。
• 上記のような「衝突」で
は電気双極子モーメ
ントの２回微分がゼロ
でないので双極子放
射が生じる。
2
自由ー自由遷移のスペクトル
（電波領域）
• 光学的に薄い周波数では (EM: emission measure)
2
ff
0.35 0.1
I  2 kT  T  EM
c
• 光学的に厚いと
2
ff
Iff
2 2
 2 kT
c
• この境界（  c  1 ）
turn-over frequency
(6.17a)
Optically thin
Optically
thick
となる周波数を
3
制動放射を行う天体（プラズマ）の例
名称
太陽のコロナ
新星
惑星状星雲
ＨＩＩ領域
銀河団ホット
ガス
波長
電波～Ｘ線
（可視～赤外）
電波・可視・赤外
電波・可視・赤外
Ｘ線
Ne (cm-3)
1010
105 -- 108
103 -- 104
1 -- 103
10-3
T (K)
107
104 -- 105
1-2 x 104
0.5-1 x 104
108
4
惑星状星雲：太陽程度の重さの星はその終末期にだ
んだん膨張し、ガスを大量に放出します。
注意：この画像は可視光。イオンのスペクトル線の画像です
(STScI)
5
オリオン大星雲
ＨＩＩ領域からの制動放射（電波）
• 若い段階( Ultracompact H II領
域）から、成長した巨大なH II
領域まで、色々観測されている。
6
系外銀河：全体を見ると・・
ダストからの熱放射
シンクロトロン放射
制動放射成分
可視・赤外（すばる望遠鏡）
• 星形成が活発に行われている系外銀河
Ｍ８２の電波スペクトル
• 制動放射は支配的ではない・・
7
銀河団にはＸ線で輝く高温ガスがある
この高温ガスを閉じこめておくためには、暗黒物質によ
る重力が必要です。
あすか衛星によるX線画像
可視光
髪の毛座銀河団
8
（写真/宇宙科学研究所）
第６回の問題
• 問6－1. 熱制動放射の光学的厚み (6.15)
  8.23510 T
ff
2
1.35
(

GHz
)
 2.1
 EM  2
 6 Z
 cm pc 
が1となる周波数Tを、TとEMの関数として
求めよ。ただしZ=1(水素ガス）とする。
次にT=104K、EM=105 cm-6 pc の時、 Tを
計算せよ。

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