home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1993 #3 / NN_1993_3.iso / spool / sci / astro / 14240 < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1993-01-21  |  3.3 KB
  1. Path: sparky!uunet!newsstand.cit.cornell.edu!vax5.cit.cornell.edu!njzy
  2. From: njzy@vax5.cit.cornell.edu (T. Joseph Lazio, Cornell University)
  3. Newsgroups: sci.astro
  4. Subject: Re: Compton Catastrophe
  5. Message-ID: <1993Jan21.100610.16946@vax5.cit.cornell.edu>
  6. Date: 21 Jan 93 10:06:10 EST
  7. References: <psima01.727536934@convex>
  8. Distribution: sci
  9. Organization: Cornell University
  10. Lines: 65
  11.  
  12. In article <psima01.727536934@convex>,
  13. psima01@convex.zdv.uni-tuebingen.de (Michael Maisack) writes: 
  14. > 
  15. > can soemone please explain to me what the "Compton catastrophe"
  16. > is, how it comes about and what the limits are?
  17.  
  18.  The "Compton catastrophe" is the term given to the thermostat-like
  19.  action produced by inverse-Compton scattering in a magnetized, 
  20.  relativistic plasma.
  21.  
  22.  Qualitatively, it works in the following manner.  A relativistic 
  23.  plasma, e.g. a gas of electrons all moving near the speed of 
  24.  light, will produce synchrotron radiation if the plasma is 
  25.  threaded by a magnetic field.  Synchrotron radiation is a 
  26.  fundamental radiation process due to magnetic fields:  In the 
  27.  presence of a magnetic field, a charged particle, e.g. electron, 
  28.  is confined to spiral around the magnetic field lines.  As a result, 
  29.  it emits photons.
  30.  
  31.  If synchrotron radiation was the only important radiation process, 
  32.  the story would end here.  The only energy loss process would 
  33.  be synchrotron emission.  However, the photons can interact on the 
  34.  electrons producing an additional energy loss due to inverse 
  35.  Compton (IC) scattering.  IC scattering is when an electron 
  36.  scatters off a photon, increasing the energy of the photon and 
  37.  lowering the energy of the electron.
  38.  
  39.  The thermostat mechanism arises because these two processes compete.
  40.  In order to produce synchrotron radiation, i.e. photons, one requires
  41.  relativistic electrons.  However, IC scattering acts to reduce the 
  42.  number of available relativistic electrons.  In fact, the ratio 
  43.  between the IC luminosity, L_IC, and the synchrotron radiation, L_s, 
  44.  has the simple form,
  45.  
  46.          L_IC         U_rad
  47.          ----    =    -----
  48.          L_s          U_B
  49.  
  50.  where U_rad is the energy density in the radiation field and U_B 
  51.  is the energy density in the magnetic field.
  52.  
  53.  The so-called "Compton catastrophe" arises when U_rad/U_B > 1. 
  54.  In this case, IC scattering is reducing the number of relativistic
  55.  electrons faster than the relativistic electrons can produce 
  56.  synchrotron radiation, thereby shutting down the entire process.
  57.  
  58.  Astronomically, this process is thought to be important in the 
  59.  cores of Active Galactic Nuclei (AGN).  In particular, the number 
  60.  of AGN with so-called brightness temperatures > 1.0E12 K is very 
  61.  small.  This limit of 1.0E12 K is taken to be reflection of the 
  62.  "Compton catastrophe" at work.
  63.  
  64.  This is largely from memory; corrections and/or additions welcome.
  65.  If desired, I can dig up my radio astrophysics notes and be a bit
  66.  more quantitative.
  67.  
  68. -- 
  69.  T. Joseph Lazio                | Why relativity? and Why  
  70.  514 Space Sciences             | turbulence?  I really believe   
  71.  Ithaca, NY  14853-6801         | [God] will have an answer for the
  72.  (607) 255-6420                 | first [question].
  73.  lazio@astrosun.tn.cornell.edu  |   -- W. Heisenberg, on his death bed
  74. ICBM:                           |
  75.  42 deg. 20' 08" N              |              STOP RAPE
  76.  76 deg. 28' 48" W              |
  77.