Релятивистские электроны, создающие синхротронное излучение, могут иметь различное происхождение. По современным представлениям, в Галактике основными источниками релятивистских частиц являются остатки вспышек Сверхновых и пульсары. В первом приближении спектр галактических электронов можно оценить из спектра синхротронного радиоизлучения в Галактике, для которого средний спектральный индекс , отсюда g = 2.6. Это значение подтверждается прямыми измерениями спектра галактических электронов с космических аппаратов вблизи орбиты Земли: N(E) = 126E–2.62 частиц/(м2 с стерад ГэВ).

Ускорение заряженных частиц – один из видов кинетической неустойчивости плазмы. Кратко рассмотрим некоторые механизмы.

1. Механизм Ферми.

а) Взаимодействие между частицей и межзвездными облаками, которые движутся вместе с вмороженными магнитными полями (магнитная бутылка, рис. 5.2). Пробки сближаются со скоростью U << v||, v|| – компонента скорости . За одно столкновение частица приобретает скорость 2U, число столкновений в единицу времени , L – расстояние между пробками.

С ростом v|| уменьшается питч-угол c, и частица выходит из ловушки.

б) Статистический механизм ускорения (при хаотическом движении частицы между облаками). При встречных столкновениях с облаками энергия частицы возрастает, при догоняющих – уменьшается. Относительная скорость при встречных столкновениях выше, поэтому и число таких столкновений больше. Газ тяжелых облаков находится в равновесии с газом частиц. Направление процесса должно вести к установлению равнораспределения энергии между облаками и частицами. Роль магнитного поля сводится к отражению частиц от облаков.

2. Ускорение ударными волнами происходит в ионизованной среде с вмороженным магнитным полем. Считаем, что направление магнитного поля  параллельно плоскости фронта. Величины в среде перед фронтом обозначим индексом 1 , а за фронтом – индексом 2 . Заряженная частица, движущаяся в невозмущенной среде 1, отражается от намагниченного фронта волны и приобретает импульс, как при встречном столкновении с зеркалом. Кроме того, частица испытывает дрейф в электрическом поле , наведенном при движении ударной волны со скоростью  в плазме (рис. 5.3). Траектория частицы может многократно пересекать фронт. За счет сохранения адиабатического инварианта

,                                       (5.2)

энергия частицы  в среднем возрастает пропорционально индукции магнитного поля B. Здесь p1^, p2^ – перпендикулярная к магнитному полю составляющая импульса частицы в области перед фронтом и за фронтом соответственно. В случае сильной ударной волны магнитная индукция увеличивается примерно в четыре раза, поэтому при нескольких прохождениях фронта частица может набрать значительную энергию.

3. Ускорение плазменными волнами (ленгмюровскими, радиоволнами, альвеновскими и звуковыми) [34]. По современной теории ускорение частиц может происходить в плазменных котлах . Плазменный котел (или плазменный реактор) – плазменная область с развитой турбулентностью, запертым излучением и большим количеством также запертых релятивистских частиц. Котел должен обладать источником энергии. Вопросы об энергетике котла и удержании плазмы в нем не обсуждаются, так же как и вопрос о конкретной физической природе котла. Это может быть область солнечной вспышки, остаток вспышки Сверхновой, магнитосфера пульсара, ядро активной галактики или квазара. Диссипация энергии в плазменном турбулентном котле сопровождается ускорением частиц и формированием спектра релятивистских электронов. Теория показывает, что в котле формируется степенное распределение частиц по энергиям. Ускоренные частицы выходят из котла либо путем диффузии, либо при взрывах котла, связанных с его перегревом. В зависимости от физических процессов, преобладающих в плазменном реакторе, выделяют два типа реакторов: синхротронный и комптоновский. В синхротронном котле при взаимодействии излучения с частицами преобладают процессы синхротронного излучения и поглощения, а в комптоновском — прямое и обратное комптоновское рассеяние. Синхротронный механизм дает g = 0.93, а в случае комптоновского котла g=3. В реальном плазменном котле оба вида процессов могут сочетаться в разных пропорциях. Показатель спектра галактических электронов g = 2.62 указывает, что котлы, в которых приготовлены релятивистские электроны Галактики, по своим свойствам ближе к комптоновскому типу.