F7600 - Fyzika hvězdných atmosfér
Jiří Kubát, AsÚ AV ČR Ondrejov, kubat@sunstel.asu.cas.cz
požadavky ke zkoušce, PřF MU Brno, podzimní semestr 2024/2025
Základní pojmy: specifická intenzita, číselná hustota fotonů, rozdělovači funkce záření; střední intenzita, tok, tenzor tlaku záření; zářivá energie, Ed-dingtonův činitel; základní veličiny v planparalelní a sférické geometrii; popis záření ze vzdálené hvězdy; elektromagnetický popis záření, polarizace
Rovnice přenosu záření: absorpční koeficient, emisní koeficient, rozptyl, pravá absorpce; odvození rovnice přenosu záření; planparalelní a sféricky symetrická rovnice přenosu; střední volná dráha fotonu, optická hloubka, vydatnost; okrajové podmínky rovnice přenosu záření; momenty rovnice přenosu záření; rovnice přenosu pro polarizované záření
Termodynamická rovnováha: excitační rovnováha; rovnovážné rozdělení rychlostí částic; ionizační rovnováha, určení elektronové hustoty; disociační rovnováha molekul; záření v termodynamické rovnováze; Kirchhoffův zákon; 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
Absorpce a emise v kontinuu: ionizace a rekombinace, Einsteinovy-Milneho vztahy pro kontinuum, makroskopický koeficient spontánní rekombinace, makroskopický koeficient ionizace; fotoionizační účinný průřez; volně-volné přechody
Rozptyl: rozptyl na volných a vázaných elektronech, rozptyl ve spektrálních čarách, redistribuční funkce
Řešení rovnice přenosu záření: formální řešení rovnice přenosu záření; difúzni přiblížení; Schwarzschildova rovnice; diskretizace rovnice přenosu, dlouhé a krátké charakteristiky; Feautrierova metoda, sféricky symetrická rovnice přenosu záření; řešení momentových rovnic; řešení metodou Monte Carlo
1
2
• Přenos záření s obecnou vydatností: vydatnost spektrální čáry; vydatnost s rozptylem; termalizační délka, přímé metody řešení (integrální metody, diferenciální metody), iterační metody řešení (metoda proměnných Eddinto-nových faktorů)
• Rovnice kinetické (statistické) rovnováhy: porušení termodynamické rovnováhy zářením, neplatnost lokální termodynamické rovnováhy; četnosti zářivých přechodů (vázaně-vázané přechody, fotoionizační přechody), četnosti srážkových přechodů, soustava rovnic kinetické (statistické) rovnováhy (lineární závislost a doplňující rovnice), limitní a speciální případy (jednohla-dinový atom s kontinuem, cyklické přechody, kaskádové 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 v polonekonečné armo-sféře;
• Přenos záření v pohybujícím se prostředí: rovnice přenosu v soustavě pozorovatele a ve spolupohybující se soustavě; Sobolevova aproximace; P Cyg profil
Doporučená literatura
• Kubát, J., 2024, 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
• 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