電波

地球上では人為的に発生させて情報通信等に用いているが、宇宙空間でも自然発生している。

宇宙空間で電波が発生する理由には大きく分けて二種類があり、呼び方は様々だが一例としてこれは熱的電波、非熱的電波などと呼び分けられている。

恒星は核融合によって輝き、高い温度を持っている。温度を持っていると、電波が発生する。

より具体的には、全ての物質は種類を問わず、熱運動により連続的な周波数分布を持った電磁波を放っている。これを黒体放射という。これはもちろん、人間も例外ではない。

宇宙空間において、特に顕著な熱的電波源は、青色巨星の放つ強力な紫外線によって電離した水素が集まっている空間、高温プラズマ雲、すなわちHⅡ領域)である。

プラズマは自由電子とイオン(電離原子)からなるが、熱運動により激しく動き回っている。この時、自由電子とイオンがぶつかるとクーロン力が発生するが、電子の質量と比較してイオンの質量は遥かに大きいため、イオンは殆ど動かず、電子の軌道が曲げられることになる。この時、電子から光子が放出される。熱運動する電子のブレーキ(制動)で発生する放射なので「熱制動放射」(bremsstrahlung)と呼ばれている。他に、電子がある自由軌道から別の自由軌道に遷移する際に出る放射という意味で「自由‐自由放射」(free-free emission)とも呼ばれている。いずれにせよ、熱運動で発生する放射なので、これは「熱放射」(thermal emission)の一種である。

電波銀河、超新星残骸、あるいはクエーサーなど、活動的な天体現象に伴う高エネルギー電子からも電波は発生し、その代表がシンクロトロン放射である。

電子が電磁場のある空間を移動すると、ローレンツ力によって円運動(サイクロトロン運動)となる。こうして、電磁場によって曲げられた時に軌道の接線方向に光子が放出され、これをシンクロトロン放射という。