F7600 - Fyzika hvězdných atmosfér
Jiří Kubát, AsÚ AV ČR Ondrejov,
kubat@sunstel.asu.cas.cz
požadavky ke zkoušce, PřF MU Brno, podzimní semestr 2020/2021
Základní pojmy: specifická intenzita, číselná hustota fotonů, rozdělovači funkce záření, rovnovážné rozdělení; střední intenzita, tok, tenzor tlaku záření; zářivá energie; základní veličiny v planparalelní a sférické geometrii; popis polarizovaného záření
Rovnice přenosu záření: absorpční koeficient, emisní koeficient, rozptyl; odvození rovnice přenosu záření; střední volná dráha fotonu, optická hloubka, vydatnost; okrajové podmínky rovnice přenosu; momenty rovnice přenosu; rovnice přenosu pro polarizované záření
Termodynamická rovnováha: Maxwellovské rozdělení rychlostí; Boltzman-nova excitační formule; Sahova ionizační formule; disociace molekul; stavová rovnice se započtením ionizací; určení elektronové hustoty; lokální termodynamická rovnováha
Absorpce a emise v čarách: Einsteinovy koeficienty, síla oscilátoru, účinný průřez, profil spektrálních čar, přirozené rozšíření, dopplerovské rozšíření, Voigtův profil, mikroturbulence, srážkové rozšíření, Stárkovo rozšíření; struktura atomu a přechody vodíku a vodíkupodobných iontů, stuktura atomů a čárové přechody lehkých prvků, hladiny v magnetickém poli, interakce záření s molekulami
Absorpce a emise v kontinuu: ionizace a rekombinace, Einsteinovy-Milneho vztahy pro kontinuum, účinný průřez v kontinuu, volně-volné přechody
Rozptyl: rozptyl na volných a vázaných elektronech, rozptyl ve spektrálních čarách, redistribuční funkce
Řešení rovnice přenosu záření: difúzni přiblížení, A-operátor, formální řešení rovnice přenosu, diskretizace rovnice přenosu, metoda dlouhých charakteristik, metoda krátkých charakteristik, Feautrierova metoda, řešení momentových rovnic, řešení metodou Monte Carlo
1
2
• Přenos záření v pohybujícím se prostředí: rovnice přenosu v soustavě pozorovatele a ve spolupohybující se soustavě; Sobolevova aproximace; P Cyg profil
• Přenos záření s rozptylem: termalizační délka, přímé metody řešení (integrální metody, diferenciální metody), iterační metody řešení (metoda proměnných Eddintonových faktorů)
• Srážkové procesy: ionizace a excitace srážkami s elektrony, další srážkové procesy, Augerova ionizace
• Rovnice kinetické (statistické) rovnováhy: četnosti zářivých přechodů (vázaně-vázané přechody, fotoionizační přechody), četnosti srážkových přechodů, pravděpodobnosti obsazení hladin, soustava rovnic kinetické (statistické) rovnováhy (lineární závislost a doplňující rovnice), limitní a speciální případy (jednohladinový atom s kontinuem, kaskádové přechody, cyklické přechody, jemná struktura hladin v mezihvězdném prostředí)
• Řešení NLTE problému: dvouhladinový atom bez kontinua a s kontinuem, termalizační hloubka ve spektrálních čarách, A-iterace, urychlená A-iterace, řešení mnohohladinového atomu metodou úplné linearizace a urychlenou A-iterací; základní NLTE efekty pro čáry i kontinua; matice hustoty
Doporučená literatura
• Kubát, J., 2021, Základy fyziky hvězdných atmosfér, učební text v IS
• Hubeny, L, Mihalas, D., 2014, Theory of Stellar Atmospheres, Princeton University Press, do kapitoly 15
• Mihalas, D., 1978, Stellar Atmospheres, 2nd ed., W. H. Freeman & Comp., San Francisco (ruský překlad Zvezdnyje atmosféry, Mir, Moskva, 1982), bez kapitol 3, 7 a 15
Doplňková literatura
• Landi Degľlnnocenti, E., 2002, in Astrophysical Spectropolarimetry, J. Trujillo-Bueno et al. eds., pp. 1-53, Cambridge University Press
• Rybicki, G. B., Lightman, A. P., 1979, Radiative Processes in Astrophysics, John Wiley & Sons Inc., New York
• Pradhan, A. K., Nahar, S. N., 2011, Atomic Astrophysics and Spectroscopy, Cambridge University Press, Cambridge