On the periodic change of the luminosity of the cosmic sources with an active medium
Вантажиться...
Дата
2020
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Анотація
The presence of an internal layer with an active medium in a hot radiation source is considered, which can be described by a quantum
two-level system located near equilibrium. The population of the upper and lower levels is approximately equal. It is shown that
during convection from deeper hot layers, which supports the inversion of the populations of the active system, generation of induced
radiation pulses is possible, the intensity of which is comparable to or greater than the intensity of the background spontaneous
radiation of the source. With a sufficient thickness of the surface layers due to the effects of radiation scattering in them, the emission
spectrum of a completely black body may well form there. Pulse generation near a previously detected new threshold of induced
radiation can lead to a periodic change in the radiation intensity of the source as a whole. This threshold is determined by the equality
of the squared population inversion to the total number of states. The generation of pulses of induced radiation is considered both in
Einstein's representation, on the basis of balanced equations, and using a semiclassical description for small values of population
inversion and for low levels of electric field intensity, when the Rabi frequency is less than the line width. The description of the
induced radiation process is reduced to a one-parameter system of equations. Periodic solutions are represented by closed trajectories
on the phase plane (relative density of quanta, relative density of population inversion). A similar layer with an active medium, which
can be described by a quantum two-level system located near equilibrium, can exist in stars and is most likely localized in the
photosphere. If there is significant convection in the star’s atmosphere, conditions can be realized for generating pulses of induced
radiation. It turns out that one can see the similarity of the obtained solutions with known observations of changes in the luminosity
of Cepheid stars (Cepheus delta and the North Star).
Опис
Розглянуто наявність в гарячому джерелі випромінювання внутрішнього шару з активним середовищем, що знаходиться поблизу рівноваги і представлено квантовою дворівневою системою, населеністі верхнього і нижнього рівнів якої приблизно однакові. Показано, що при конвекції з більш глибоких гарячих шарів, яка підтримує інверсію населеністі
активної системи, можлива генерація імпульсів індукованого випромінювання, інтенсивність яких порівнянна або
перевершує інтенсивність фонового спонтанного випромінювання джерела. При достатній товщині поверхневих шарів за
рахунок ефектів розсіювання в них, там цілком може сформуватися спектр випромінювання абсолютно чорного тіла.
Генерація імпульсів поблизу виявленого раніше нового порога індукованого випромінювання здатна привести до
періодичної зміни інтенсивності випромінювання джерела в цілому. Цей поріг визначається рівністю квадрату інверсії
населеності повному числу станів. Розгляд генерації імпульсів індукованого випромінювання проводиться як на основі
балансних рівнянь, так і за допомогою напівкласичного опису при невеликих значеннях інверсії населеності і при низьких
рівнях інтенсивності електричного поля, коли частота Рабі менше ширини лінії. Опис процесу індукованого
випромінювання зводиться до однопараметричної системі рівнянь. Періодичні рішення представлені замкнутими
траєкторіями на фазової площині (відносна щільність квантів, відносна щільність інверсії населеністі). Подібний шар з
активним середовищем в вигляді квантової дворівневої системи може існувати в зірках і швидше за все локалізован в
області фотосфери. При наявності в атмосфері зірки значною конвекції можуть бути реалізовані умови для генерації
імпульсів індукованого випромінювання. Виявляється, що можна побачити подібність отриманих рішень з відомими
спостереженнями змін світності зірок-цефеїд (дельти Цефея і Полярної зірки).
Ключові слова
pulse generation of induced radiation, convective source of population inversion, periodic change in the luminosity of Cepheid stars, генерація імпульсів індукованого випромінювання, конвективне джерело інверсії населеністі, періодична зміна світності зірок-цефеїд
Бібліографічний опис
Kostenko V.V., Kuklin V.M., Poklonskiy E.V. On the periodic change of the luminosity of the cosmic sources with an active medium / East Eur. J. Phys. 2. 48-56 (2020) DOI:10.26565/2312-4334-2020-2-03