Processi di scattering in astrofisica

In fisica, i processi di diffusione, o scattering, sono estremamente importanti. Si parla, infatti, di scattering quando si considera un urto fra un'onda ed un corpo che modifica la direzione di propagazione dell'onda e, talvolta, la sua energia. Se quest'ultima rimane uguale prima e dopo l'urto si parla di scattering elastico, se, invece, cambia si parla di scattering anelastico. Nel seguente elaborato considererò un caso particolare di scattering in cui l'onda considerata è la radiazione elettromagnetica ed il corpo urtato è un elettrone libero. In questo modo posso limitarmi a considerare tre processi di diffusione: scattering Thomson, scattering Compton e scattering Inverse Compton. Il primo è un processo elastico, mentre gli altri due sono anelastici. Il primo capitolo sarà dedicato a sviscerare i processi fisici legati allo scattering, con un focus sulla sezione d'urto. Troverò, infatti, la sezione d'urto Thomson dell'elettrone, osservando come essa cambi considerando radiazione polarizzata o meno e come essa sia indipendente dalla frequenza. Ricaverò anche la relazione per il grado di polarizzazione della radiazione diffusa. In seguito, tratterò la fisica degli scattering Compton e Inverse Compton, mostrando il passaggio tra il regime di Thomson e quello di Klein-Nishina e il suo effetto sulla sezione d'urto. Infine, tratterò della comptonizzazione arrivando a ricavare l'equazione di Kompaneets. Il secondo capitolo sarà dedicato agli approfondimenti astrofisici. Partirò dall'osservare come lo scattering Thomson permetta di osservare polarizzazione in particolari ambienti stellari, particolarmente in regioni di plasma al di fuori dell'atmosfera. La seconda applicazione riguarderà il plasma relativistico dei nuclei galattici attivi (AGN) e come l'Inverse Compton agisca nel creare gli spettri che osserviamo. In particolare, tratterò di tre modelli sviluppati negli anni '90 che contribuiscono a spiegare le diverse forme degli spettri di diversi tipi di AGN.