In generale, una particella carica che si muove in un campo magnetico segue una traiettoria a spirale che si svolge lungo le linee del campo stesso. Se, in particolare, la velocità è ortogonale al campo, allora la particella si pone su un’orbita circolare il cui raggio è proporzionale alla velocità e inversamente proporzionale all’intensità del campo.
Il moto rotatorio, anche se uniforme, è un moto accelerato perché la direzione della velocità cambia continuamente; la particella allora emette radiazione in tutte le direzioni ad una frequenza praticamente pari alla frequenza con cui orbita attorno al campo magnetico. Ma se la velocità della particella è così elevata da non essere trascurabile rispetto alla velocità della luce intervengono effetti relativistici alquanto particolari. La radiazione non viene più emessa in tutte le direzioni ma all’interno di un cono con il vertice posizionato sulla particella e il cui asse è tangente all’orbita della particella stessa.
La particella, insomma, è assimilabile ad una sorta di "faro" il cui fascio luminoso ha un’apertura angolare tanto minore quanto maggiore è la velocità della particella. La frequenza della radiazione, inoltre, diventa molto maggiore della frequenza orbitale all’avvicinarsi della velocità della particella a quella della luce.
La radiazione di sincrotrone venne scoperta quando i fisici notarono che le particelle accelerate circolarmente in macchine chiamate sincrotroni subivano un calo di energia rispetto a quella immessa negli acceleratori. In astrofisica la radiazione di sincrotrone è di primaria importanza ogni volta che sia presente un campo magnetico con un’energia maggiore dell’energia termica del plasma e dunque in grado di governare il moto degli elettroni liberi. Questo avviene, ad esempio, in resti di supernovae, pulsar e radiosorgenti. Di questi oggetti parleremo nel seguito mentre vediamo ora due oggetti a noi più vicini  osservati in banda radio:  Il Sole e Giove
Giove in banda radio: 

In ottico attorno a Giove sembra non esserci nulla mentre in radio notiamo una forte emissione ( vedi immagine qui a fianco). A valori inferiori a 10GHz Giove presenta una emissione più forte dell’emissione termica, dunque è una sorgente anche NON termica. A basse frequenze infatti le onde radio sono generate da elettroni che si muovono lungo le linee di forza del campo magnetico. Questi elettroni derivano da Io , uno dei satelliti di Giove, in orbita vicino al pianeta, soggetto a forti forze gravitazionali che ne riscaldano la parte interna. 

Le sue eruzioni vulcaniche portano in superficie e  nello spazio solfiti, sodio e ossigeno, che vengono ionizzati dalla radiazione solare UV e formano una nube ionizzata lungo il piano orbitale. L’emissione radio generata da questi elettroni non avviene in tutte le direzioni ma secondo in cono di pochi gradi di apertura e dipende dalla posizione relativa della Terra con Giove. 




Nel Sole le frequenze radio vengono generate nella cromosfera e nella corona quindi nell’atmosfera solare. La superficie solare presenta una temperatura di circa 6000K e, anche se gas a questa temperatura emettono maggiormente lunghezze d’onda nelle frequenze della luce visibile e dell’ultravioletto, grazie alla sua vicinanza possiamo registrarne anche l’emissione radio.

Il Sole emette onde radio in quanto caldo ( è una sorgente termica ) ma si registra una forte emissione anche a frequenze più basse (nel campo delle sorgenti non termiche) per il meccanismo della radiazione di sincrotrone che deriva dal movimento ad elevata velocità di elettroni attorno al campo magnetico. Per approfondire utilizza questo link.






Alcune risorse per l'approfondimento:
 il filmato "Alma scruta nell'atmosfera gioviana"
Una interessante conferenza sulla luce di sincrotrone ( non specificatamente in campo astrofisico) :

Emissione di sincrotrone e applicazioni astrofisiche : tesi di laurea 

Last modified: Monday, 13 April 2020, 5:44 PM