Emissione di Bremsstrahlung e applicazioni astrofisiche

Questa tesi esamina la transizione free-free, in cui una particella libera e carica interagisce con il campo magnetico di un’altra particella, subendo una deviazione e perdendo velocità. La variazione di energia che ne risulta viene bilanciata dall’emissione di radiazione, un processo noto come Bremsstrahlung, termine tedesco che significa “radiazione di frenamento”. Questo meccanismo è cruciale nello studio dei plasmi astrofisici, nubi di gas molto caldo (T> 10^6 K) dove la transizione free-free è la principale sorgente di emissione perché l’idrogeno è completamente ionizzato e gli elettroni liberi hanno energie cinetiche elevate. L’elaborato è suddiviso in due parti: la prima metà offre una descrizione dei meccanismi in chiave fisico-matematica della radiazione di Bremsstrahlung. Nel capitolo 1 viene innanzitutto trattato il singolo evento, analizzando il fenomeno nella sua forma più semplice. Successivamente, viene considerato un elettrone all’interno di una nube reale, composta da un numero elevato di particelle e interazioni; vengono quindi presentate le formule necessarie per il calcolo dei principali parametri descrittivi del fenomeno. Il capitolo 2 introduce la distribuzione delle velocità per una nube reale in equilibrio termico, in cui le velocità delle particelle sono descritte dalla distribuzione di Maxwell-Boltzmann. Nei sottoparagrafi si approfondisce il tema dell’autoassorbimento e del tempo di raffreddamento nel caso di nubi dense e opache alla radiazione. Infine, viene analizzato il caso di un sistema relativistico in cui gli elettroni viaggiano a velocità prossime a quella della luce. La seconda parte dell’elaborato si concentra su temi già trattati in letteratura. In particolare, il capitolo 3 offre una panoramica su alcune applicazioni, descrivendo l’emissione nell’ISM (Mezzo Interstellare) e nell’ICM (Mezzo Intracluster), con un focus su alcuni casi reali. Gli ultimi tre paragrafi esplorano invece gli studi più recenti.