X-Işını Üretim Mekanizmaları: Termal Emisyon

Astronomik ortamda X-ışını üretiminde, baskın 3 radyasyon (ışıma) türü vardır; termal, synchotron ve kara cisim ışıması (blackbody radiation). Ortamda yüksek enerjili elektronların bulunması durumunda "Ters Compton Işıması" da bu mekanizmalara eklenebilir. Bu ışıma türleri farklı karakteristik yapılarda olduklarından, bilinmeyen bir x-ışını kaynağının doğasının anlaşılabilmesi için ipuçlarıdır.

Sıcak Gazdan Termal Emisyon

 Kelvin üzerindeki sıcaklıklarda, atomlar iyonlarına ayrışır ve gaz, pozitif ile negatif iyonlarla doludur (Bu sıcaklıkta hidrojen atomu tamamen iyonlaşır). Bu gazın içerisinde, termal enerji, parçacıklar arasında paylaşılmıştır ve parçacıkların çarpışmaları ile birbirlerine aktarılırlar. Bir elektron pozitif yüklü bir iyona yakın geçtiği zaman, güçlü elektriksel güçler, elektronun rotasını saptırır. Elektronun böyle bir etkileşim sonucu ivmelenerek enerji kazanması, parçacığın elektromanyetik enerji yaymasına sebep olur. Bu ışımaya Bremsstrahlung ışıması denir. Kelime anlamı frenleme ışımasıdır.

radiation
Frenleme ışıması yapan elektron enerji kaybederek daha kararlı bir yapıya geçer.

Termal denge: Gazın içindeki parçacıkların, neredeyse hepsinin aynı ortalama enerjiye sahip olma durumuna denir. Termal dengedeki elektronlar, Maxwell'in hız dağılımı yasalarına göre hareket ederler ve çarpışmalar sonucu ortama salınan enerji, sıcaklık tarafından belirlenen karakteristik bir spektrum sunar.

Sıcaklık arttıkça, elektronlar daha hızlı hareket eder, yani dışa salınan enerji (frenlenen enerji) miktarı daha fazla olur.

Screen Shot 2016-09-04 at 15.55.55

Çizgi Emisyonu (Line Emission)

Sıcak gazlarda çizgisel emisyonlar da önemli bir termal X-ışını üretim mekanizmasıdır. Yüksek hızlı bir elektron, yörüngesinde elektronlar bulunduran bir iyona çarptığında, enerjisini genelde bu iyona aktararak yörüngedeki elektronların daha yüksek bir enerji seviyesine yükselmesine sebep olur. Bu uyarılmış hâl, çok kısa sürer ve iyon tekrar kararlı yapısına döner. Dönmek için çarpan elektrondan, aldığı enerji miktarına eşit enerjide foton saçar (ışıma yapar). Bu ışıma, spektrumda iyon türüne bağlı olarak değişen çizgiler şeklinde görünür.

excitation

Ozan Toyran

Referanslar
Exploring the X-ray Universe , F.D Steward, A. Charles , Cambridge, Second Edition
http://www.astro.wisc.edu/~bank/