Cотрудники института

Железняковым В.В. была доказана важная роль, которую играет циклотронный механизм излучения в формировании частотных спектров радиоизлучения Солнца и магнитных Ap-звезд, оптического излучения магнитных белых карликов, излучения пульсаров и гамма-всплесков. При разработке циклотронного механизма В.В.Железняковым было указано на существование депрессии циклотронного излучения электрона на гирочастоте в плотной плазме, неустойчивости неравновесной плазмы в области аномального эффекта Доплера, синхротронной неустойчивости, установлено существенное влияние релятивистской зависимости массы электрона от скорости на инкремент циклотронной неустойчивости в слаборелятивистской плазме. Последний эффект нашел применение в задачах электроники при создании в Научно-исследовательском радиофизическом институте и Институте прикладной физики АН СССР мазеров на циклотронном резонансе. За цикл работ по циклотронному излучению в астрофизике В.В.Железнякову была присуждена премия А.А.Белопольского АН СССР (1984 г.).

Разработанный В.В.Железняковым тепловой циклотронный механизм излучения был применен в теории медленно меняющейся компоненты солнечного микроволнового излучения, которая основана на совместном действии теплового тормозного и циклотронного механизмов в неоднородных магнитных полях активных областей на Солнце и дает единое объяснение наблюдаемых характеристик радиоизлучения: частотного спектра, поляризации и распределения яркости по источнику. В настоящее время эта теория широко используется при обработке данных радионаблюдений Солнца для получения информации о распределении температуры и магнитных полей в активных областях солнечной короны и верхней хромосферы.

Среди работ В.В.Железнякова по плазменному механизму излучения следует отметить первые исследования комбинационного рассеяния (слияния) плазменных волн в солнечной короне с переходом в электромагнитное излучение на удвоенной плазменной частоте. Этот результат позволил решить главную для такого рода механизмов проблему конверсии плазменных волн в электромагнитные в космических условиях. Он лег в основу теории радиоизлучения субсветовых электронных потоков в солнечной короне (солнечных радиовсплесков III и V типов). На этой теории базируются все последующие исследования этого явления в солнечной радиоастрономии. Вместе с тем работа по комбинационному рассеянию плазменных волн явилась одной из первых в серии исследований нелинейных распадных взаимодействий, ведущихся в физике плазмы.

При исследовании распространения электромагнитных волн в космических условиях В.В.Железняковым была развита теория линейного взаимодействия (трансформации) волн в плавнонеоднородных слабоанизотропных средах, включая магнитоактивную космическую плазму и плазму в намагниченном вакууме в окрестности нейтронных звезд. Эта теория позволила решить проблему <<предельной поляризации>> при выходе излучения из магнитоактивной плазмы и установить новые типы линейного взаимодействия (например, в нейтральных токовых слоях солнечной короны). В частности, на основе наблюдаемых особенностей поляризации шумовых бурь В.В.Железняковым был сделан вывод о существовании в активных областях короны токовых слоев.

Исследования солнечного радиоизлучения, ведущиеся в настоящее время в нашей стране и за рубежом, в значительной степени стимулируются работами В.В.Железнякова и его сотрудников. Здесь следует отметить, например, обнаружение циклотронных линий в спектре солнечного радиоизлучения, на возможность регистрации которых было ранее указано в их работах.

В.В.Железняковым с сотрудниками был проведен анализ эффективности механизма циклотронного излучения в условиях корон магнитных Ap-звезд. Этот анализ показал, что микроволновое излучение от ближайших звезд этого класса может быть обнаружено современными радиоастрономическими средствами даже в тех случаях, когда плотность корональной плазмы недостаточна для наблюдения ее рентгеновского излучения.

В серии работ В.В.Железнякова, посвященных теории радиопульсаров исследованы физические условия и процессы в магнитосферах нейтронных звезд, детально разработан синхротронный механизм оптического и рентгеновского излучения пульсара в Крабовидной туманности. В результате было показано, что источник излучения должен располагаться в районе светового цилиндра. Это обстоятельство имеет существенное значение для развития моделей короткопериодических пульсаров.

С начала 80-х гг. круг интересов В.В.Железнякова связан с исследованием белых карликов и нейтронных звезд, обладающих сверхсильными магнитными полями. Оказалось, что в этих экстремальных условиях циклотронный механизм излучения приобретает качественно новые особенности. В частности, доминирующую роль в формировании циклотронного излучения начинает играть резонансное рассеяние на первой гармонике.

В.В.Железняковым заложены основы теории корон у одиночных магнитных белых карликов. Согласно этой теории, короны таких звезд состоят из горячей плазмы с резко анизотропной температурой. Циклотронные спектральные особенности, формируемые в этих условиях, служат более чувствительным индикатором корональной плазмы, чем ее мягкое рентгеновское излучение.

В работах В.В.Железнякова была предложена и обоснована модель источника излучения на нейтронной звезде - рентгеновском пульсаре. Согласно этой модели, рентгеновское излучение в континууме и в циклотронных линиях образуется в плотной изотермической плазме атмосферы полярного пятна на поверхности нейтронной звезды. При этом наблюдаемые линии в поглощении обусловлены эффективным циклотронным рассеянием и появляются на фоне континуума, ослабленного вследствие томсоновского рассеяния излучения на свободных электронах. Построению модели рентгеновского пульсара предшествовали исследования В.В.Железняковым условий распространения рентгеновского излучения и циклотронного поглощения в сильных магнитных полях, когда поляризация нормальных волн определяется намагниченным вакуумом.

На основе выполненных в конце 80-х гг. расчетов силы давления циклотронного излучения в плазме на вырожденных звездах В.В.Железняков в первой половине 90-х гг. выдвинул и обосновал гипотезу о существовании нового типа астрофизических объектов, названных радиационными дисконами. Они представляют собой горячие магнитные вырожденные звезды, окруженные плазменными дисками и оболочками. Последние формируются за счет истечения плазмы с поверхности звезд под действием мощного светового давления на циклотронных частотах и не требуют наличия аккреции. Были указаны первые кандидаты в такие объекты - изолированные магнитные белые карлики, обнаруживающие глубокую депрессию в ультрафиолетовых спектрах.

Работы В.В.Железнякова по физике космической плазмы и астрофизике обобщены в монографиях <<Радиоизлучение Солнца и планэъ>> (Наука, 1964; Пергамон Пресс, 1970), <<Электромагнитные волны в космической плазме>> (Наука, 1977), <<Излучение в астрофизической плазме>> (Клювер, 1996; Янус-К, 1997).

В.В.Железняков с сотрудниками выполнил также ряд работ по нелинейной электродинамике намагниченного вакуума и инвертированных двухуровневых систем. Было указано на возможность существования солитонов и ударных волн в намагниченном вакууме, окружающем нейтронные звезды. В цикле работ по сверхизлучению обращено внимание на возможность существования диссипативной неустойчивости поляритонных мод в инвертированных средах, установлена тесная связь неустойчивости этого типа с эффектом сверхизлучения Дике и предложена новая интерпретация этого эффекта. На основе проведенных исследований была указана и изучена классическая аналогия этого явления --- циклотронное сверхизлучение. Эта работа стимулировала изучение сверхизлучательных режимов в электронике, в результате которого этот эффект был обнаружен в эксперименте в ИПФ РАН.