Особенности аннигиляционного излучения и рождения пар в электрон-позитронной плазме в сильных магнитных и гравитационных полях тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

? : ; ОН

российская академия наук г - - 0 ^ Институт прикладной физики

На правах рукописи

БЕЛЯНИН Алексей Анатольевич

ОСОБЕННОСТИ АННИГИЛЯЦИОННОГО

ИЗЛУЧЕНИЯ И РОЖДЕНИЯ ПАР В ЭЛЕКТРОН-ПОЗИТРОННОЙ ПЛАЗМЕ В СИЛЬНЫХ МАГНИТНЫХ И ГРАВИТАЦИОННЫХ ПОЛЯХ

01.04.03 — радиофизика и 01.04.08 —физика и химия плазмы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Нижний Новгород — 1995

Работа выполнена в Институте прикладной физики РАН, г. Нижний Новгород

Научный руководитель:

к. ф.-м. н. Кочаровский Вл.В.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук профессор Я. И. Ханин

кандидат физико-математических наук В. С. Бескин

Ведущая организация:

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Защита состоится "»3 " апреля 1995 г. в 14:00 на заседании специализированного совета К 003.38.01 в Институте прикладной физики РАН (603600, г. Нижний Новгород, ГСП-120, ул.Ульянова, 46) .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института прикладной физики РАН

Автореферат разослан марта 1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета

кандидат физ.-мат. наук —- А. М. Белянцев

Общая характеристика работы

Актуальность темы диссертации. В настоящее

время изучение электромагнитных процессов, происходящих в электрон-позитронной и электрон-дырочной плазме, становится многообещающим направлением исследований, лежащим на стыке таких дисциплин, как нелинейная оптика, электродинамика активных сред, лазерная физика, физика высоких энергий и гамма-астрономия. Для лазерной физики процесс аннигиляции электрон-позитронной плазмы интересен, в частности, тем, что ашшгиляционное излучение попадает в недоступный для современных лазеров гамма-диапазон. В связи с этим возникает вопрос о возможности использования электрон-позитронной плазмы в качестве активной среды для генерации когерентного гамма-излучения (гамма-лазера), в том числе в режиме коллективного спонтанного излучения.

Обращение к процессам, подобным рассмотренному в диссертации процессу коллективной аннигиляции электрон-познт-ронной плазмы, представляется неизбежным на пути получения сверхкоротких импульсов коллективного спонтанного излучения и в нерелятивистской плотной плазме. В первую очередь это относится к сверхизлучательной рекомбинации свободных электронов и дырок в полупроводнике, реализующей предельные возможности спонтанной генерации когерентных ультракоротких импульсов в полупроводниках. Полупроводниковые лазеры являются, видимо, единственными из наиболее популярных лазерных приборов, для которых достижение сверхизлучательного режима генерации остается проблематичным.

В астрофизике за последние годы произошел качественный скачок в экспериментальных исследованиях космических источников гамма-излучения. Он связан с успешной работой на орбите рентгеновских и гамма-обсерваторий, таких, как CGRO, ГРАНАТ/SIGMÄ, ROSAT. Накоплен богатый наблюдательный материал, который еще только начинает теоретически осваиваться и требует детального анализа возможных

спектральных особенностей аннигиляционного излучения элект-рон-позитронной плазмы.

Таким образом, задачи, рассмотренные в диссертации, являются важными и актуальными.

Цель работы: теоретический анализ ряда новых эффектов генерации и распространения аннигиляционного излучения, возникающих в электрон-позитронной или электрон-дырочной плазме, находящейся в экстремальных условиях сильных магнитных и гравитационных полей, высоких плотностей и температур.

Научная новизна. (1) В литературе практически отсутствует анализ коллективных, когерентных процессов, которые могут возникать при аннигиляции достаточно плотной электрон-позитронной плазмы. Для описания подобных процессов необходим выход за рамки стандартных кинетических уравнений и учет кооперативного характера взаимодействия электрон-позит-ронных пар и самосогласованного поля их излучения. Ситуация здесь аналогична известному процессу сверхизлучения образца инвертированных атомов или молекул с дискретным энергетическим спектром. Однако существует и важное различие между этими процессами, состоящее в том, что электрон-позитронная плазма является системой с непрерывным энергетическим спектром частиц (электронов и позитронов). До сих пор, видимо, изучалось лишь сверхизлучение систем частиц с дискретным энергетическим спектром. (2) В диссертации проанализированы причины трудностей, возникающих при попытках осуществления рекомбинационного сверхизлучения, а также определены условия реализации сверхизлучения в процессе межзонной рекомбинации свободных электрон-дырочных пар в полупроводниках. Установлена возможность осуществления сверхизлучательного режима рекомбинации за счет наложения на полупроводник сильного магнитного поля. (3) Показано, что анализ мощного аннигиляционного излучения, наблюдавшееся недавно от ряда рентгеновских источников, дает возможность определить наличие черной дыры и физические условия в источнике.

Основные работы по теме диссертации выполнены в период с

1989 по 1994 год.

Научная и практическая значимость. Проведенный в диссертации анализ демонстрирует возможность укорочения длительности когерентных импульсов излучения полупроводниковых лазеров за счет рассмотренного процесса рекомбинацион-ного сверхизлучения электрон-дырочных пар, без использования специальных резонаторов и сложных схем лазерной генерации с последующей компрессией импульсов. Полученные результаты могут быть использованы при разработке полупроводниковых лазерных приборов, генерирующих ультракороткие мощные импульсы когерентного излучения. Результаты исследования излучения электрон-позитронной плазмы в окрестности черных дыр могут найти применение при анализе наблюдений рентгеновских источников - кандидатов в черные дыры. Анализ процесса анни-гиляционного сверхизлучения электрон-позитронной плазмы может служить основой для оценок роли коллективной аннигиляции в ряду других процессов динамики и излучения плотной космической и лабораторной электрон-позитронной плазмы в сильных магнитных полях.

Апробация работы. Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей в научных журналах, 1 статья в трудах конференций, 7 тезисов докладов. Две статьи находятся в печати.

Результаты диссертации докладывались на Коллоквиуме MAC N 128 (Польша, 1990), на Всесоюзной школе по физике космической плазмы (Суздаль, 1990), на Европейской конференции по квантовое электронике EQEC-91 (Великобритания, 1991), на XVIII Международной конференции по квантовой электронике IQEC-92 (Австрия, 1992), на Международной школе по физике космической плазмы (Нижний Новгород, 1993), на VI Международной Ломоносовской конференции по физике элементарных частиц (Москва, 1993), на III Международной школе по астрофизике элементарных частиц (Италия, 1993), на XXV Российской конференции по радиоастрономии (Пущино, 1993), на XXX Научной ассамблее СОБРАН Германия, 1994), на Симпозиуме MAC N 165 (Нидерланды, 1994), на VI Российско-Финском симпози-

уме по радиоастрономии (Нижний Новгород, 1994), на семинаре по теоретической физике акад. В.Л. Гинзбурга (Москва, 1990), на семинарах в Годдардовском космическом центре (США), в Астрономическом институте г. Утрехт (Нидерланды), в ИПФ РАН и в НИРФИ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Общий объем диссертации -166 страниц, рисунков - 24, библиография - 205 наименований.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы основные задачи работы, приведено краткое содержание каждой главы, даны сведения об апробации работы.

В первой главе предпринят анализ коллективных, когерентных эффектов, возникающих при аннигиляции достаточно плотной электрон-позитронной плазмы, помещенной в сильное магнитное поле В порядка критического Вс = т2с3/ей ~ 4.4 • 1013 Гс (т и е - масса покоя и заряд электрона, с - скорость света в вакууме, Ъ, - постоянная Планка) [1-3]. Как правило, при рассмотрении процессов генерации и распространения аннигиляци-онного излучения в электрон-позитронной плазме, в том числе с учетом индуцированных процессов, ограничиваются расчетом сечений элементарных актов и соответствующими балансными уравнениями переноса интенсивности аннигиляционного излучения Между тем, в достаточно плотной электрон-позитронной плазме процесс аннигиляции имеет коллективный, когерентный характер и происходит за время, значительно меньшее времени Т известных некогерентных процессов спонтанной аннигиляции и столкновительной релаксации. Такой сугубо нестационарный процесс характеризуется наличием корреляций в широкой частотной полосе гамма-излучения г-1 £ Г-1 (где г - характерный временной масштаб импульса коллективной аннигиляции). Поэтому он не может быть описан в балансном приближении независимых спектральных компонент излучения, ширина каждой из которых была бы мала по сравнению с Т~х. Это означает, что

для анализа процесса коллективной аннигиляции необходимо учитывать кооперативный характер взаимодействия электрон-позит-ронных пар и самосогласованного поля их ашшгиляционного излучения.

Согласно общему подходу электродинамики активных сред, решение указанной проблемы проводится на основе анализа нормальных волн в активной среде (вырожденной электрон-по-зитронной плазме). Такой макроскопический подход прямо учитывает коллективный характер и когерентные, фазовые эффекты поведения частиц среды и самосогласованного поля. Использование этого метода подразумевает полуклассическое описание взаимодействия поля с активной средой. Оно обычно справедливо при наличии достаточно большого числа фотонов, когда электромагнитное поле можно считать классическим. Свойства электрон-позитронной плазмы описываются квантовыми уравнениями. Из них определяется тензор восприимчивости, задающий связь средней плотности тока, включая аннигиляционный ток, с электромагнитным полем.

Во введении к главе, в разделе 1.1, дается общая характеристика рассматриваемой задачи. В разделе 1.2 получено выражение для тензора диэлектрической проницаемости намагниченной электрон-позитронной плазмы вблизи пороговой частоты однофо-тонной аннигиляции, и?о = 2тс?/к б'ш в, где в - угол между волновым вектором к и внешним магнитным полем В, а также установлены свойства (инкремент, дисперсия, поляризация) нормальных волн плазмы вблизи частоты оно-

В разделе 1.3 решена задача о коллективной аннигиляции в модели однонаправленного распространения излучения. Найдена промежуточная (на линейной стадии) пространственно-временная асимптотика огибающей пакета неустойчивых нормальных волн в аннигилирующей электрон-позитронной плазме. Получены оценки для времени задержки за которое поле достигает нелинейного уровня, и длительности переднего фронта импульса коллективной аннигиляции. Отмечено существенное отличие найденного закона эволюции поля ан-

нигиляционного излучения на линейной и нелинейной стадии от известного решения для сверхизлучения двухуровневых атомов. Это отличие связано с тем, что, как уже было сказано, электрон-позитронная плазма является системой с непрерывным энергетическим спектром частиц. В результате особенность в восприимчивости электрон-позитронной плазмы оказывается корневой, а не линейной, как вблизи частоты квантового перехода в атомах, что в конечном счете и обуславливает различия в динамике указанных процессов.

В разделе 1.4 рассмотрена нелинейная стадия коллективной аннигиляции. Установлен автомодельный закон нарастания амплитуды поля, который сшивается с промежуточной' асимптотикой на линейной стадии. В разделе 1.5 исследованы эффекты угловой расходимости излучения и кинематического разлета частиц в сгустке электрон-позитронной плазмы. На основе полученных результатов выяснены энергетические, спектральные и пространственно-временные характеристики коллективной аннигиляции. Когерентное гамма-излучение, возникающее в плотном сгустке электрон-позитронной плазмы, оказывается короче по длительности и значительно выше по спектральной мощности, чем спонтанное аннигиляционное излучение такого же числа независимых электрон-позитронных пар. В конце главы, в разделах 1.6 и 1.7, обсуждаются физические ситуации, в которых возможно проявление эффекта коллективной аннигиляции, а также роль некогерентных эффектов релаксации; сформулированы основные результаты главы и ряд открытых проблем.

Во второй главе исследовано коллективное спонтанное излучение (сверхизлучение) в процессе рекомбинации свободных электрон-дырочных пар в прямозонных полупроводниках [4-7]. Рекомбинационное сверхизлучение имеет много сходных черт с процессом коллективной аннигиляции в электрон-позитронной плазме. Однако, как показано в первой главе, для реализации последнего необходимы магнитные поля порядка 1013 Гс и очень большие плотности плазмы, более 1025 см-3. Такие поля существуют в природе, скорее всего, лишь вблизи нейтронных звезд.

Возникновение столь больших величин связано в конечном счете с наличием энергетической щели шириной 1 МэВ между состояниями электронов и позитронов. В полупроводниках ширина запрещенной зоны между состояниями электронов и дырок порядка 1 эВ, что в миллион раз меньше. Помимо этого, эффективные массы квазичастиц в полупроводниках оказываются меньше массы свободного электрона, что приводит к уменьшению величины квантующего магнитного поля. Поэтому коллективные эффекты при рекомбинации электрон-дырочных пар могут быть реализованы уже при вполне достижимых лабораторных полях, порядка 105 — 106 Гс, и концентрациях плазмы ~ 1017 — 1018 см~3.

В разделах 2.1, 2 рассмотрены условия рекомбинационного сверхизлучения в изотропном собственном полупроводнике в отсутствие внешнего магнитного поля. Получены оценки временных и частотных параметров, определяющих динамику когерентных процессов. Показано, что быстрая внутризонная релаксация и большое неоднородное уширение сильно ослабляют коллективные эффекты в спонтанном излучении свободных электронов и дырок в изотропном полупроводнике.

В остальных разделах главы 2 рассмотрена ситуация, в которой на собственный изотропный полупроводник наложено однородное магнитное поле. В разделе 2.3 установлен критерий сверхизлучательной рекомбинации в магнетооптике полупроводников и показано, что возникающая особенность Ландау в плотности состояний электронов и дырок делает реализацию рекомбинационного сверхизлучения вполне реальной. В разделе 2.4 проведен дисперсионный анализ рекомбинационной неустойчивости. На основе обобщенных уравнений Блоха получено явное выражение для диэлектрической проницаемости вырожденной электрон-дырочной плазмы вблизи пороговой частоты межзонной рекомбинации. Найдены инкремент и дисперсия неустойчивой электромагнитной моды.

В разделе 2.5 исследована динамика сверхизлучения в однонаправленной модели формирования рекомбинационного импульса. Найдена промежуточная асимптотика огибающей поля

электромагнитной волны, переходящая на нелинейной стадии в автомодельное решение системы уравнений, описывающих динамику электромагнитного поля и концентрации рекомбиниру-ющих электрон-дырочных пар. Вычислены характерное время задержки, за которое поле достигает максимального значения, а также длительность и максимальная интенсивность импульса ре-комбинационного сверхизлучения. Все указанные времена коллективной рекомбинации оказываются меньшими характерных времен внутризонной релаксации, что доказывает коллективный, когерентный характер явления.

В разделе 2.6 изучена одномодовая модель рекомбинационного сверхизлучения в ограниченном образце полупроводника с учетом отражений и потерь на излучение на его торцах. Найдены дисперсия и инкремент электромагнитных мод в ограниченном образце, указана мода, обладающая максимальным инкрементом. В приближении среднего поля исследована нелинейная динамика самосогласованного поля этой моды и концентрации электрон-дырочных пар, рекомбинация которых дает вклад в данную моду. Определены длительность и максимальная интенсивность ультракороткого импульса одномодового сверхизлучения. Проведено сравнение процесса рекомбинационного сверхизлучения с обычным лазерным режимом генерации ультракоротких импульсов в полупроводниковых лазерах.

В третьей главе предложена модель генерации аннигиляци-онного излучения при дисковой аккреции на черную дыру звездной массы [8-15]. В рамках этой модели, кажущееся противоречие между наблюдаемой нерелятивистской температурой рентгеновского континуума и мощным аннигиляционным излучением, указывающим на эффективную генерацию электрон-позитронных пар и требующим релятивистских температур плазмы, объясняется тем, что электрон-позитронные пары рождаются вблизи внутреннего края аккреционного диска вокруг быстро вращающейся черной дыры. Температура плазмы в области рождения пар, измеряемая локальным наблюдателем, близка к 0.5 МэВ. Однако температура этой области, определенная по на-

блюдаемому на Земле рентгеновскому излучению, оказывается гораздо ниже вследствие эффектов распространения излучения в метрике Керра. Под действием давления излучения электрон-позитронные пары выносятся из области сильного гравитационного поля и в конечном счете аннигилируют в аккреционном диске, формируя наблюдаемое аннигиляционное излучение.

На основе этой модели предпринят анализ наблюдений гамма-излучения от одного из кандидатов в черные дыры в нашей Галактике: рентгеновского источника 1Е 1740.7-2942, расположенного вблизи центра Галактики. Благодаря обнаружению мощных вспышек аннигиляционного излучения, а также сложной структуры этого источника в радиодиапазоне, состоящей из центрального ядра и двух джетов, в настоящее время именно с 1Е 1740.7-2942 связывают происхождение аннигиляционной линии, наблюдаемой из области центра Галактики уже более 30 лет.

В разделе 3.1 обсуждаются результаты наблюдений галактических источников аннигиляционного излучения. В разделе 3.2 рассчитаны наблюдаемые на бесконечности спектры излучения, испущенного внутренней областью аккреционного диска вокруг вращающейся черной дыры, в зависимости от удельного углового момента черной дыры, а, и угла в между осью вращения черной дыры и лучом зрения. На основе этих результатов определена зависимость скорости рождения электрон-позитронных. пар во внутреннем диске от измеряемой удаленным наблюдателем температуры излучения (для виновского спектра) и от параметров а и В конце раздела 3.2 полученные результаты применяются для анализа наблюдения источника 1Е 1740.7-2942. С помощью данных о спектре рентгеновского излучения в континууме, а также об аннигиляционной светимости источника в линии вблизи 0.5 МэВ, найден допустимый интервал значений параметров а и в предполагаемой черной дыры в источнике 1Е 1740.7-2942.

В разделе 3.3 предложен механизм генерации кратковременных вспышек аннигиляционного излучения, наблюдаемых в "жестком" состоянии источника. Механизм основан на эффекте гравитационной фокусировки рентгеновского излучения от

внутреннего диска гравитационным полем вращающейся черной дыры. В результате этой фокусировки основной поток электрон-позитронных пар, выносимых из области рождения давлением излучения, распространяется вдоль поверхности диска. Вследствие этого даже незначительные изменения геометрии диска (телесного угла, занимаемого диском) приводят к резкому увеличению потока электрон-позитронных пар, перехватываемых диском и аннигилирующих в нем.

Раздел 3.4 посвящен совместной интерпретации радиоизлучения источника 1Е 1740.7-2942 и узкой аннигиляционной линии на частоте 511 кэВ, наблюдаемой из области центра Галактики. Показана возможность существования магнитосферы вокруг аккреционного диска, которая способна удерживать большую часть электрон-позитронных пар, рожденных во внутреннем диске, и эффективно обеспечивать их синхротронное радиоизлучение, наблюдаемое на Земле. Установлены ограничения на допустимые значения параметров, характеризующих области, в которых формируется наблюдаемое аннигиляционное и радиоизлучение: концентрацию плазмы, величину манитного поля, размеры этих областей.

В Заключении перечислены основные результаты диссертации, являющиеся одновременно и основными положениями, выносимыми на защиту.

Основные результаты работы

1. Теоретически доказано существование явления коллективной спонтанной аннигиляции вырожденной электрон-позитронной плазмы, происходящего посредством когерентных актов одно-фотонной аннигиляции электрон-позитронных пар в сильном магнитном поле В ^ 1013 Гс. Коллективная аннигиляция развивается значительно быстрее некогерентных процессов спонтанной и столкновительной релаксации в плазме и приводит к генерации мощного когерентного гамма-излучения (аннигиляци-онного сверхизлучения). Тем самым исследованное явление принципиально отличается от обсуждавшихся ранее балансных про-

цессов в аннигиляционном гамма-лазере. Оно устанавливает минимальный предел времени спонтанной аннигиляции электрон-позитронной плазмы, определяемый постоянной тонкой структуры и зависящий только от величины магнитного поля.

2. Показано, что коллективная аннигиляция обусловлена неустойчивостью необыкновенных волн, эллиптически поляризованных в плоскости к, В. Эта неустойчивость развивается в узкой полосе волновых чисел вблизи порогового волнового числа ко = и>0/с = 1тс\К ят 0, где в - угол между магнитным полем В и волновым вектором к аннигиляционного гамма-кванта. Вычислены инкремент, дисперсия и поляризация нормальных волн в полосе неустойчивости. Установлено, что при увеличении концентрации электрон-позитронной плазмы максимальный темп развития неустойчивости достигает независящего от концентрации значения, которое определяется только величиной магнитного поля. При В = 1013 Гс и в = ж/2 величина инкремента и>" = 1018 сек-1, а соответствующая концентрация, при которой происходит насыщение инкремента, равна N3 = 1026 см-3.

3. Дано аналитическое описание пространственно-временной динамики амплитуды поля когерентного аннигиляционного излучения в однонаправленной модели распространения излучения. На линейной стадии найдена промежуточная асимптотика нарастания амплитуды поля, которая сшивается с автомодельным решением, установленным для нелинейной стадии< В результате нелинейного истощения концентрации аннигилирующих пар формируется короткий гамма-импульс с длительностью порядка ^ ~ Ю-17 сек, а характерный пространственный масштаб процесса оказывается порядка кооперативной длины Ьс = с/и" ~ 1 А(оценки даны для поля В = 1013 Гс и угла в = 7г/2).

4. Исследовано влияние угловой расходимости излучения и кинематического разлета электрон-позитронных пар в сгустке электрон-позитронной плазмы на динамику коллективной аннигиляции. Показано, что пространственная расходимость излучения и детали геометрической формы аннигилирующего сгустка электрон-позитронной плазмы не изменяют качественно

динамику процесса, так как решающим фактором, является экспоненциальное нарастание когерентного гамма-излучения вдоль квазиодномерных (с малой дифракционной расходимостью) лучей в направлении максимального коэффициента усиления. Последний определяется совместным действием факторов угловой зависимости инкремента и" ос эт в и геометрической протяженности сгустка плазмы. Кинематический разлет частиц вдоль магнитного поля для не слишком короткого электрон-позитронного сгустка приводит лишь к разделению в пространстве групп электрон-позитронных пар, генерирующих когерентное гамма-излучение на разных частотах и под разными углами к направлению магнитного поля.

5. Выяснены условия возникноведия коллективного спонтанного излучения (сверхизлучения) в процессе рекомбинации свог бодных электрон-дырочных пар в прямозонных полупроводниках. Показано, что реализации явления благоприятствует наложение сильного магнитного поля. Исследованы дисперсионные свойства неустойчивой электромагнитной моды вблизи частоты ре-комбинационного резонанса. Соответствующий инкремент, определяющий длительность процесса коллективной рекомбинации, в определенных условиях может превышать константы некогерентной релаксации, прежде всего внутризонной, даже при комнатной температуре. Полученный результат показывает, что рекомбина-ционное сверхизлучение электрон-дырочной плазмы является сугубо когерентным процессом, не зависящим от релаксационных и тепловых эффектов, а потому реализующим минимально возможную длительность генерируемых импульсов света.

6. Рассчитаны линейная и нелинейная стадии коллективной спонтанной рекомбинации в однонаправленном (без резонатора) и одномодовом (в низкодобротном резонаторе) режимах. Установлены предельные параметры ультракоротких импульсов реком-бинационного сверхизлучения. Приведены оценки для полупроводника ваАв, показывающие, что в магнитных полях (105 —106) Гс (как стационарных, так и импульсных) могут быть получены импульсы когерентного излучения с длительностью (0.1 -

1) псек и интенсивностью более 100 МВт/см2, которые генерируются спонтанно в образцах с характерными размерами 3 цт2 хЗО/лп и концентрацией плазмы порядка 1018 см-3.

7. Предложена модель генерации мощных вспышек аннигиля-ционного излучения, наблюдаемых от ряда галактических рентгеновских источников - кандидатов в черные дыры. В модели предполагается, что электрон-позитронные пары рождаются в результате фотон-фотонных столкновений вблизи внутреннего края аккреционного диска вокруг быстро вращающейся черной дыры. Температура плазмы в области рождения пар, измеряемая локальным наблюдателем, близка к 0.5 МэВ. Однако температура этой же области, определенная по наблюдаемому на Земле рентгеновскому излучению, оказывается более низкой вследствие эффектов распространения излучения в метрике Керра. Наблюдаемые "вспышки" аннигиляционного излучения возникают при попадании электрон-позитронных пар, выносимых из области сильного гравитационного поля давлением излучения, в аккреционный диск и последующей их аннигиляции в диске. Предложенная модель позволяет объяснить кажущееся противоречие между наблюдаемой нерелятивистской температурой рентгеновского континуума и необычайно интенсивным аннигиляционным излучением, указывающим на эффективную генерацию электрон-позитронных пар. Показано, что подобная особенность рентгеновского спектра источника может служить индикатором наличия черной дыры и позволяет наложить ограничения на величину углового момента J черной дыры и угла в между лучом зрения и осью вращения диска. Для источника 1Е 1740.72942, расположенного вблизи центра Галактики ("Великий Аннигилятор"), эти ограничения оказываются довольно жесткими: а = J/M ^ 0.9GM/c, cos<? £ 0.7, где М - масса черной дыры.

8. Развита магнитосферная модель формирования син-хротронного радиоизлучения и аннигиляционного гамма-излучения на частоте 511 кэВ, наблюдаемых от рентгеновского источника 1Е 1740.7-2942. Согласно этой модели, электрон-позитронные пары, рожденные вблизи горизонта событий

черной дыры, захватываются магнитным полем аккреционного диска, излучают синхротронное излучение, наблюдаемое на сантиметровых волнах, а затем позитроны аннигилируют во внешних областях аккреционного диска, формируя узкую квазистационарную аннигиляционную линию на частоте 511 кэВ. На основе наблюдательных данных о форме и интенсивности аннигиляционной линии, а также о спектре радиоизлучения определены параметры источника: концентрация плазмы в области формирования аннигиляционного и радиоизлучения, размеры магнитосферы, поддерживаемой аккреционным диском, и величина магнитного поля в магнитосфере.

Список работ по теме диссертации

1. Belyanin A.A., Kocharovsky V.V., Kocharovsky VI.V. Collective electron-positron annihilation // Phys. Lett. A. - 1990. - V.149, N 5,6.

- P.258-264-.

2. Белянин A.A., Кочаровский В.В., Кочаровский Вл.В. Коллективная аннигиляция электрон-позитронной плазмы в сильном магнитном поле // ЖЭТФ. - 1991. - Т.99, N 1. - С.127-143.

3. Belyanin А.А., Kocharovsky V.V., Kocharovsky Vl.V. Collective electron-positron annihilation // Proc. Colloquium N 128 of the Int. Astronomical Union. Poland. - 1990. - P.117-122.

4. Belyanin A.A., Kocharovsky V.V., Kocharovsky Vl.V. Superradiance phenomenon in semiconductor magnetooptics // Solid State Commun.

- 1991. - V.80, N 3. - P.243-246.

5. Belyanin A.A., Kocharovsky V.V., Kocharovsky Vl.V. Recombination superradiance in semiconductors // Laser Physics. - 1992. - V.2, N 6. -P.952-964.

6. Belyanin A.A., Kocharovsky V.V., Kocharovsky Vl.V. Collective spontaneous annihilation (superradiance) in systems with continuous energy spectra // Proc. Europ. Quantum Electronics Conference and the Tenth U.K. Nat. Quantum Electronics Conf. Great Britain. - Program and abstracts. - 1991. P.110.

7. Belyanin A.A., Kocharovsky V.V., Kocharovsky Vl.V. Collective spontaneous recombination in semiconductor magnetooptics. // XVIII Int. Quantum Electronics Conf. Austria. - Techn. Digest. - 1992. - P.322.

8. Zheleznyakov V.V., Belyanin A.A. VLA data constraints on the annihilation line source IE 1740.7-2942 near the Galactic Centre // Int. Summer School on Space Plasma Physics. Nizhny Novgorod. - Program and abstracts. - 1993. - P.42.

9. Железняков В.В., Белянин А.А. Интерпретация радионаблюдений источника аннигиляционного излучения 1Е 1740.7-2942 в центре Галактики. // XXV Радиоастрономическая конференция. Пущино. Тезисы докладов. - 1993. - С.80-81.

10. Zheleznyakov V.V., Belyanin A.A. VLA data constraints on the Galactic-Centre annihilation line source IE 1740.7-2942 // Astron. As-trophys. - 1994. - V.287. P.782-788.

11. Zheleznyakov V.V., Belyanin A.A. VLA data constraints on the Galactic Centre annihilation line source IE 1740.7-2942 //VI Russian-Finnish Symposium on radio astronomy. Nizhny Novgorod. - Program and abstracts. - 1994. - P. 15.

Г2. Belyanin A.A., Van Oss R.F. Pair production near the event horizon of an accreting black hole // XXX COSPAR Scientific Assembly. Germany. - Book of Abstracts. - 1994. - P.235.

13. Belyanin A.A., Van Oss R.F. Pair production near the accreting black holes // Advances in Space Research. - 1995 (в печати).

14. Belyanin A.A., Van Oss R.F. Annihilation lines from accreting black holes // XXIlnd IAU General Assembly. Netherlands. - Poster Book. -1994. - P.BH.54.

15. Belyanin A .A., Van Oss R.F. Annihilation lines from accreting black holes // Asrton. Astrophys. - 1995 (в печати).