Физика космической плазмы

В теоретических исследованиях ИПФ РАН в области физики космической плазмы, астрофизики высоких энергий, теоретической радиоастрономии и физики ближнего космоса выделяются два основных направления.

Первое касается тех аспектов физики классической (лабораторной) плазмы, которые играют ключевую роль в космических условиях: неустойчивости и нелинейные явления в неоднородной и нестационарной плазме, самосогласованная динамика волн и систем заряженных частиц в магнитных полях, ускорение и излучение заряженных частиц, распространение и взаимодействие плазменных и электромагнитных волн. На их основе исследуются когерентный и некогерентный механизмы излучения, неравновесные процессы взаимодействия волн и частиц, формирование крупномасштабных токовых структур и областей турбулентности в плазме тех или иных астрофизических объектов. Эти работы тесно взаимосвязаны с фундаментальными исследованиями, проводимыми в ИПФ в области электроники и электродинамики лабораторной плазмы. Например, космические циклотронные мазеры имеют много общего с их лабораторными аналогами — оптическими квантовыми генераторами и электронными приборами, основанными на циклотронном резонансе и взаимодействии встречных волн.

Второе направление связано с астрофизической плазмой в экстремальных условиях. Сверхсильные магнитные и гравитационные поля, релятивистские гидродинамические движения, мощное жесткое излучение, взаимодействие различных компонент плазмы существенно меняют ее свойства вблизи компактных объектов (белых карликов, нейтронных звезд, черных дыр, активных ядер галактик). В сверхсильных магнитных полях движение электронов становится квантованным, а вакуум намагничивается, при релятивистских скоростях важны взаимопревращения частиц, а излучение оказывает определяющее влияние на их микро- и макроско-пическую динамику. С учетом этих обстоятельств моделирование астрофизических объектов становится комплексным и при интерпретации наблюдений на первый план выходит взаимосвязь параметров излучения в различных частях спектра — от радио- до гамма-диапазона.