Синхротронный механизм – один из наиболее часто встречающихся в астрофизике. Он работает везде, где есть для этого условия: релятивистские электроны и магнитное поле. Основные астрофизические объекты, излучающие синхротронным механизмом: облака релятивистских электронов, выброшенные из активных областей на Солнце (всплески IV и V типов), магнитосферы планет-гигантов, галактический диск (на дециметровых и метровых волнах), остатки вспышек сверхновых, пульсары, нормальные галактики, радиогалактики, квазары.

Магнитотормозное излучение, рассмотренное в предыдущем параграфе, происходит на гирочастоте  и ее гармониках и практически изотропно. Однако для релятивистских электронов ситуация качественно изменяется

В магнитном поле электрон движется по винтовой траектории с осью на магнитной силовой линии. При этом он испытывает ускорение, что приводит к излучению. Механизм излучения заряженной частицы в магнитном поле называют в общем случае магнитотормозным Излучение нерелятивистской частицы (E << mc2), обычно называют циклотронным, для релятивистских частиц – синхротронным. Рассмотрим эти два предельных случая.

Частота дипольного излучения нерелятивистского электрона равна его ларморовской частоте вращения в магнитном поле с напряженностью H:

Для чисто кругового движения (когда скорость электрона вдоль поля равна нулю) радиус орбиты электрона

При v << c всегда  Излучение можно рассматривать как излучение двух взаимно перпендикулярных гармонических осцилляторов, сдвинутых друг относительно друга по фазе на ½p, или как излучение электрического диполя с моментом , вращающегося вокруг силовой линии с частотой wH

В ионизованном газе основной механизм поглощения и излучения в радиодиапазоне – свободно-свободные переходы (по-английски free-free ). Излучение и поглощение происходит за счет изменения энергии свободных электронов, пролетающих вблизи ионов. Коэффициент поглощения равен

Здесь Np  — концентрация протонов, gn – множитель Гаунта (он порядка единицы на сантиметровых волнах и достигает 10 на дециметровых волнах):

Принимается, что распределение электронов по скоростям максвелловское с температурой Te:

Теперь учтем опущенное в (2.22) отрицательное поглощение, или индуцированное излучение. Скорости обоих этих процессов пропорциональны плотности излучения

В предыдущем разделе мы встретились с понятием поляризации электромагнитного излучения. Рассмотрим подробнее поляризационные параметры и физические механизмы, влияющие на поляризацию излучения.

В общем случае радиоизлучение может содержать две компоненты – неполяризованную и поляризованную. При распространении излучения конец мгновенного вектора электрического поля волны, измеренного в некоторой фиксированной точке пространства, описывает эллипс (рис. 2

Пусть на облако полностью ионизованного газа (плазмы) падает плоская монохроматическая волна, распространяющаяся вдоль оси z. Электрическое поле волны  Под действием этого поля электроны приходят в движение. Классическое уравнение движения электрона:

m – масса электрона, nст – частота столкновений в плазме (второе слагаемое в левой части уравнения описывает трение электрона об окружающую плазму, приводящее к затуханию колебаний).

Напомним также уравнения Максвелла:

В дальнейшем для простоты стрелки над векторами опускаем.

При решении уравнений Максвелла для случая распространения волны в проводящей среде (плазме) оказывается удобным ввести комплексную диэлектрическую проницаемость среды в виде:

Комплексная диэлектрическая проницаемость (2