Emissione di Bremsstrahlung e applicazioni astrofisiche.

In ambiente astrofsico i principali meccanismi di produzione di energia sono associati a cariche elettriche in moto non uniforme. In generale è noto che cariche libere emettono radiazione elettromagnetica solamente se accelerate:una carica stazionaria ha campo elettrico costante e campo magnetico nullo, quindi non irradia, e lo stesso si ha per una carica in moto uniforme (difatti basta porsi nel sistema di riferimento solidale ad essa perchè si ricada nel caso precedente). In questo contesto si inserisce la radiazione di Bremsstrahlung, caratteristica dei plasmi astrofsici molto caldi e dovuta all'interazione coulombiana tra gli ioni e gli elettroni liberi del gas ionizzato. Data la piccola massa dell'elettrone, durante l'interazione lo ione non viene accelerato in maniera apprezzabile, quindi è possibile trattare il problema come quello di cariche elettriche negative decelerate dal campo coulombiano stazionario di un mare di cariche positive. Non a caso in tedesco la parola Bremsstrahlung signifca radiazione di frenamento". L'emissione di Bremsstrahlung è detta anche free-free emission poichè l'elettrone perde energia passando da uno stato non legato a un altro stato non legato. Questo processo di radiazione avviene nel continuo, su un intervallo di frequenze che va dal radio ai raggi gamma. In astrofsica è il principale meccanismo di raffreddamento per i plasmi a temperature elevate: si osserva nelle regioni HII, sottoforma di emissione radio, ma anche nelle galactic hot-coronae, nelle stelle binarie X, nei dischi di accrescimento intorno alle stelle evolute e ai buchi neri, nel gas intergalattico degli ammassi di galassie e nelle atmosfere di gas caldo in cui sono immerse le galassie ellittiche, perlopiù sottoforma di emissione X. La trattazione del fenomeno sarà estesa anche al caso relativistico che, per esempio, trova applicazione nell'emissione dei ares solari e della componente elettronica dei raggi cosmici. Infine la radiazione di Bremsstrahlung, oltre a permettere, solamente mediante misure spettroscopiche, di ricavare la temperatura e la misura di emissione di una nube di plasma, consente di effettuare una vera e propria "mappatura" del campo gravitazionale dei sistemi che hanno gas caldo.

Emissione di Bremsstrahlung e applicazioni astrofisiche

Emissione di bremsstrahlung e applicazioni astrofisiche

Emissione di bremsstrahlung e applicazioni astrofisiche

La radiazione elettromagnetica è una singola entità, come si deduce dall’universalità delle leggi di Maxwell, nonostante lo spettro elettromagnetico sia caratterizzato da regioni a cui si associano nomi differenti. Questo implica l’esistenza di un meccanismo fondamentale comune alla base di tutti i processi di radiazione, che si identifica in una carica in moto non uniforme. Infatti una carica stazionaria ha un campo elettrico costante e un campo magnetico nullo, quindi non irradia; lo stesso vale per una carica in moto uniforme. La radiazione di Bremsstrahlung, che avviene nel continuo, spaziando dal radio ai raggi gamma, fu scoperta negli anni ’30 del secolo scorso, in seguito all’osservazione che la perdita di energia che subisce un elettrone attraversando la materia non è data unicamente dalla ionizzazione: l’elettrone, accelerato dal nucleo ionizzato, irradia e, di conseguenza, viene frenato. Letteralmente “Bremsstrahlung“ significa “radiazione di frenamento” e in astrofisica rappresenta il principale meccanismo di raffreddamento di un plasma a temperature molto elevate; nel seguente elaborato tale plasma sarà considerato monoatomico e completamente ionizzato. Dall’analisi dello spettro di Bremsstrahlung si possono rilevare la temperatura e la misura di emissione della nube di gas osservato, che consentono di ricavare la densità, la massa e la luminosità della nube stessa. Nel capitolo 1 vengono riportate la descrizione di questo processo di radiazione e le principali formule che lo caratterizzano, illustrate in ambiente semiclassico (Bremsstrahlung termica) e in ambiente relativistico (Bremsstrahlung relativistica). Nel capitolo 2 segue la trattazione di alcuni esempi astrofisici: le regioni HII; il gas intergalattico degli ammassi di galassie ed emettono principalmente nella banda X; le galassie Starburst; le binarie X; la componente elettronica dei raggi cosmici e i brillamenti solari; infine un accenno agli oggetti di Herbig-Haro.

Emissione di Bremsstrahlung e applicazioni astrofisiche

Nel 1930 Anderson osservò che le perdite di energia degli elettroni nell'attraversamento della materia sono maggiori di quanto previsto per le perdite per ionizzazione e attribuì correttamente questo fatto alla presenza di un'interazione con il campo coulombiano dei nuclei atomici e conseguente irraggiamento elettromagnetico. Al processo venne dato il nome di Bremsstrahlung (dal tedesco radiazione di frenamento). In astrofisica, la radiazione di Bremsstrahlung indica la presenza di un gas ionizzato o plasma. Esempi astrofisici includono i plasmi sottili, come nelle atmosfere stellari e il plasma caldo e denso, come si verifica nelle regioni centrali dei nuclei galattici attivi (AGN) o altri oggetti con accrescimento di materia.

Emissione di Bremsstrahlung e applicazioni astrofisiche

Emissione di Bremsstrahlung e applicazioni astrofisiche

Emissione di sincrotrone e applicazioni astrofisiche

Il processo di radiazione di sincrotrone, così come il Bremsstrahlung, l'Inverse Compton e la Radiazione da Corpo Nero, è uno dei principali elementi che caratterizzano l'astrofisica osservativa, specialmente la Radioastronomia. Lo studio di questa attività risulta essere estremamente interessante poichè si possono avere molte informazioni relative al campo magnetico della sorgente che ha generato l'impulso del sincrotrone stesso.

Caratteristiche principali dell'emissione di galassie ellittiche

Fin dalla loro scoperta, le galassie ellittiche hanno sempre suscitato grande curiosità da parte degli astronomi, in quanto strutture dotate di dinamiche alquanto complesse. Spesso considerate meno affascinanti delle galassie a disco, esse vantano molteplici caratteristiche di carattere morfologico e radiativo; noi le osserviamo sulla Terra e fuori dall’atmosfera con ogni tipo di strumento, dato che tutto lo spettro elettromagnetico ne testimonia la presenza e, in molti casi, la piena attività nucleare. Obiettivo della presente dissertazione è fornire una panoramica generale riguardo le forme di emissione delle galassie ellittiche, approfondendo particolarmente i meccanismi principali e le modalità fisiche. Inizialmente vedremo brevemente come queste galassie vengono classificate e le leggi empiriche che ne descrivono alcuni importanti parametri osservativi; successivamente analizzeremo separatamente le tre bande (Ottica, X e Radio) in cui l’emissione è prominente, soffermandoci sui relativi meccanismi dominanti (rispettivamente: emissione di Corpo Nero, Bremsstrahlung e Sincrotrone) e le peculiarità.

Emissione non termica in ammassi di galassie: analisi di radiosorgenti diffuse

Gli ammassi di galassie (galaxy clusters) sono aggregati di galassie legate dalla forza di attrazione gravitazionale. Essi sono le più grandi strutture virializzate dell’Universo e la loro luminosità è dovuta alle galassie che li compongono e al cosiddetto intracluster medium (ICM), gas intergalattico in grado di raggiungere temperature di milioni di gradi. L’ICM è caratterizzato da emissioni sia di tipo termico che non termico, rispettivamente nella banda X e nella banda Radio, dovute soprattutto al meccanismo di bremsstrahlung termica e all’emissione di sincrotrone. Lo studio delle radiazioni emesse da questo gas primordiale ha permesso di studiare alcuni processi caratteristici nella dinamica degli ammassi di galassie, come i fenomeni di merger e cooling flow , e di ottenere quindi una maggiore comprensione della formazione ed evoluzione degli ammassi. Essendo le più grandi strutture dell’Universo che abbiano raggiunto l’equilibrio viriale, il loro studio risulta infatti molto importante, in quanto fornisce un valido strumento per la formulazione di un Modello Cosmologico. Lo scopo di questo lavoro di tesi consiste in particolare nell'analisi di Aloni e Relitti radio, con maggiore approfondimento sui primi, e sulla ricerca di una correlazione della potenza Radio dei clusters sia con la loro luminosità nella banda X, che con la loro dimensione spaziale. La raccolta e l’elaborazione dei dati è stata svolta presso l’osservatorio di radioastronomia (ORA) situato nel CNR di Bologna.

Measurements of bremsstrahlung spectra of Lanzhou ECR Ion Source No. 3 (LECR3)

In order to diagnose the electron cyclotron resonance (ECR) plasma, electron bremsstrahlung spectra were measured by a HPGe detector on Lanzhou ECR Ion Source No. 3 at IMP. The ion source was operated with argon under various working conditions, including different microwave power, mixing gas, extraction high voltage (HV), and so on. Some of the measured spectra are presented in this article. The dependence of energetic electron population on mixing gas and extraction HV is also described. Additionally, we are looking forward to further measurements on SECRAL (Superconducting ECR Ion Source with Advanced design at Lanzhou).

Neutron-proton bremsstrahlung from intermediate energy heavy-ion reactions as a probe of the nuclear symmetry energy?

Hard photons from neutron-proton bremsstrahlung in intermediate energy heavy-ion reactions are examined as a potential probe of the nuclear symmetry energy within a transport model. Effects of the symmetry energy on the yields and spectra of hard photons are found to be generally smaller than those due to the currently existing uncertainties of both the in-medium nucleon-nucleon cross sections and the photon production probability in the elementary process pn -> pn gamma. Very interestingly, nevertheless, the ratio of hard photon spectra R-1/2(gamma) from two reactions using isotopes of the same element is not only approximately independent of these uncertainties but also quite sensitive to the symmetry energy. For the head-on reactions of Sn-132 + Sn-124 and Sn-112 + Sn-112 at E-beam/A = 50 MeV, for example, the R-1/2(gamma) displays a rise up to 15% when the symmetry energy is reduced by about 20% at rho = 1.3 rho(0) which is the maximum density reached in these reactions. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Measurements of bremsstrahlung spectra on SECRAL

The axial emitted bremsstrahlung spectra were measured on SECRAL (Superconducting ECR ion source with Advanced design in Lanzhou) using an HPGe detector. The spectral temperature T-spe was obtained from the linear fit of the spectra in the semi-log present. The evolution of T-spe with microwave power and magnetic field configuration is investigated in this paper.

Pion mass effects on axion emission from neutron stars through NN bremsstrahlung processes

The rates of axion emission by nucleon-nucleon bremsstrahlung are calculated with the inclusion of the full momentum contribution from a nuclear one pion exchange (OPE) potential. The contributions of the neutron-neutron (nn), proton-proton (pp) and neutron-proton (np) processes in both the non-degenerate and degenerate limits are explicitly given. We find that the finite-momentum corrections to the emissivities are quantitatively significant for the non-degenerate regime and temperature-dependent, and should affect the existing axion mass hounds. The trend of these nuclear effects is to diminish the emissivities. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Further investigating the determination of phosphorus in plants by INAA using bremsstrahlung measurement

Phosphorus is an essential element for plants and animals, playing a fundamental role in the production of biochemical energy. Despite its relevance, phosphorus is not commonly determined by instrumental neutron activation analysis (INAA), because (32)P does not emit gamma-rays in its decay. There are alternative methods for the determination of phosphorus by INAA, such as the use of beta counting or the measurement of bremsstrahlung originated from the high energy beta particle from (32)P. Here the determination of phosphorus in plant materials by measuring the bremsstrahlung production was further investigated, to optimize an analytical protocol for minimizing interferences and overcoming the poor specificity. Eight certified reference materials of plant matrices with phosphorus ranging between 171 and 5,180 mg kg(-1) were irradiated at a thermal neutron flux of 9.5 x 10(12) cm(-2) s(-1) and measured with a HPGe detector at decay times varying from 7 to 60 days. Phosphorus solutions added to a certified reference material at three levels were used for calibration. Counts accumulated in the baseline at four different regions of the gamma-ray spectra were tested for the determination of phosphorus, with better results for the 100 keV region. The Compton scattering contribution in the selected range was discounted using an experimental peak-to-Compton factor and the net areas of all peaks in the spectra with energies higher than 218 keV, i.e. Compton edge above 100 keV. Amongst the interferences investigated, the production of (32)P from sulfur, and the contribution of Compton scattering should be considered for producing good results.