High-Energy Spectroscopic Astrophysics: Saas Fee Advanced Course 30, 2000. Swiss Society for Astrophysics and Astronomy (Saas-Fee Advanced Courses)

306 Pages·2005·2.51 MB·English

by  Steven M. Kahn

(cid:54)(cid:68)(cid:68)(cid:86)(cid:16)(cid:41)(cid:72)(cid:72)(cid:3)(cid:36)(cid:71)(cid:89)(cid:68)(cid:81)(cid:70)(cid:72)(cid:71)(cid:3)(cid:38)(cid:82)(cid:88)(cid:85)(cid:86)(cid:72)(cid:3)(cid:22)(cid:19)
(cid:21)(cid:19)(cid:19)(cid:19)
(cid:54)(cid:17)(cid:48)(cid:17)(cid:3)(cid:46)(cid:68)(cid:75)(cid:81)(cid:3)(cid:3)(cid:3)(cid:51)(cid:17)(cid:3)(cid:89)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:37)(cid:68)(cid:79)(cid:79)(cid:80)(cid:82)(cid:82)(cid:86)(cid:3)(cid:3)(cid:3)(cid:53)(cid:17)(cid:36)(cid:17)(cid:3)(cid:54)(cid:88)(cid:81)(cid:92)(cid:68)(cid:72)(cid:89)
(cid:3)(cid:43)(cid:76)(cid:74)(cid:75)(cid:16)(cid:40)(cid:81)(cid:72)(cid:85)(cid:74)(cid:92)(cid:3)(cid:54)(cid:83)(cid:72)(cid:70)(cid:87)(cid:85)(cid:82)(cid:86)(cid:70)(cid:82)(cid:83)(cid:76)(cid:70)
(cid:36)(cid:86)(cid:87)(cid:85)(cid:82)(cid:83)(cid:75)(cid:92)(cid:86)(cid:76)(cid:70)(cid:86)
(cid:54)(cid:68)(cid:68)(cid:86)(cid:16)(cid:41)(cid:72)(cid:72)(cid:3)(cid:36)(cid:71)(cid:89)(cid:68)(cid:81)(cid:70)(cid:72)(cid:71)(cid:3)(cid:38)(cid:82)(cid:88)(cid:85)(cid:86)(cid:72)(cid:3)(cid:22)(cid:19)
(cid:21)(cid:19)(cid:19)(cid:19)
(cid:3)
(cid:3)
(cid:54)(cid:90)(cid:76)(cid:86)(cid:86)(cid:3)(cid:54)(cid:82)(cid:70)(cid:76)(cid:72)(cid:87)(cid:92)(cid:3)(cid:73)(cid:82)(cid:85)(cid:3)(cid:36)(cid:86)(cid:87)(cid:85)(cid:82)(cid:83)(cid:75)(cid:92)(cid:86)(cid:76)(cid:70)(cid:86)(cid:3)(cid:68)(cid:81)(cid:71)(cid:3)(cid:36)(cid:86)(cid:87)(cid:85)(cid:82)(cid:81)(cid:82)(cid:80)(cid:92)
(cid:40)(cid:71)(cid:76)(cid:87)(cid:72)(cid:71)(cid:3)(cid:69)(cid:92)(cid:3)(cid:48)(cid:17)(cid:3)(cid:42)(cid:129)(cid:71)(cid:72)(cid:79)(cid:3)(cid:68)(cid:81)(cid:71)(cid:3)(cid:53)(cid:17)(cid:3)(cid:58)(cid:68)(cid:79)(cid:87)(cid:72)(cid:85)
(cid:58)(cid:76)(cid:87)(cid:75)(cid:3)(cid:28)(cid:19)(cid:3)(cid:41)(cid:76)(cid:74)(cid:88)(cid:85)(cid:72)(cid:86)
(cid:0)(cid:2) (cid:3)(cid:4)
(cid:54)(cid:87)(cid:72)(cid:89)(cid:72)(cid:81)(cid:3)(cid:48)(cid:17)(cid:3)(cid:46)(cid:68)(cid:75)(cid:81) (cid:53)(cid:68)(cid:86)(cid:75)(cid:76)(cid:71)(cid:3)(cid:36)(cid:17)(cid:3)(cid:54)(cid:88)(cid:81)(cid:92)(cid:68)(cid:72)(cid:89)
(cid:39)(cid:72)(cid:83)(cid:68)(cid:85)(cid:87)(cid:80)(cid:72)(cid:81)(cid:87)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:51)(cid:75)(cid:92)(cid:86)(cid:76)(cid:70)(cid:86)(cid:3) (cid:48)(cid:68)(cid:91)(cid:16)(cid:51)(cid:79)(cid:68)(cid:81)(cid:70)(cid:78)(cid:16)(cid:44)(cid:81)(cid:86)(cid:87)(cid:76)(cid:87)(cid:88)(cid:87)(cid:3)(cid:73)(cid:129)(cid:85)(cid:3)(cid:36)(cid:86)(cid:87)(cid:85)(cid:82)(cid:83)(cid:75)(cid:92)(cid:86)(cid:76)(cid:78)(cid:3)
(cid:54)(cid:87)(cid:68)(cid:81)(cid:73)(cid:82)(cid:85)(cid:71)(cid:3)(cid:56)(cid:81)(cid:76)(cid:89)(cid:72)(cid:85)(cid:86)(cid:76)(cid:87)(cid:92)(cid:3) (cid:46)(cid:68)(cid:85)(cid:79)(cid:16)(cid:54)(cid:70)(cid:75)(cid:90)(cid:68)(cid:85)(cid:93)(cid:86)(cid:70)(cid:75)(cid:76)(cid:79)(cid:71)(cid:16)(cid:54)(cid:87)(cid:85)(cid:17)(cid:3)(cid:20)(cid:3)
(cid:54)(cid:87)(cid:68)(cid:81)(cid:73)(cid:82)(cid:85)(cid:71)(cid:15)(cid:3)(cid:38)(cid:36)(cid:3)(cid:28)(cid:23)(cid:22)(cid:19)(cid:24)(cid:16)(cid:23)(cid:19)(cid:25)(cid:19)(cid:15)(cid:3)(cid:56)(cid:54)(cid:36) (cid:27)(cid:24)(cid:26)(cid:23)(cid:27)(cid:3)(cid:42)(cid:68)(cid:85)(cid:70)(cid:75)(cid:76)(cid:81)(cid:74)(cid:15)(cid:3)(cid:42)(cid:72)(cid:85)(cid:80)(cid:68)(cid:81)(cid:92)
(cid:51)(cid:72)(cid:87)(cid:72)(cid:85)(cid:3)(cid:89)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:37)(cid:68)(cid:79)(cid:79)(cid:80)(cid:82)(cid:82)(cid:86)
(cid:38)(cid:72)(cid:81)(cid:87)(cid:85)(cid:72)(cid:3)(cid:71)(cid:183)(cid:40)(cid:87)(cid:88)(cid:71)(cid:72)(cid:3)(cid:54)(cid:83)(cid:68)(cid:87)(cid:76)(cid:68)(cid:79)(cid:72)(cid:3)(cid:71)(cid:72)(cid:86)(cid:3)(cid:53)(cid:68)(cid:92)(cid:82)(cid:81)(cid:81)(cid:72)(cid:80)(cid:72)(cid:81)(cid:87)(cid:86)(cid:3)
(cid:28)(cid:3)(cid:68)(cid:89)(cid:72)(cid:81)(cid:88)(cid:72)(cid:3)(cid:71)(cid:88)(cid:3)(cid:38)(cid:82)(cid:79)(cid:82)(cid:81)(cid:72)(cid:79)(cid:16)(cid:53)(cid:82)(cid:70)(cid:75)(cid:72)(cid:3)
(cid:22)(cid:20)(cid:19)(cid:21)(cid:27)(cid:3)(cid:55)(cid:82)(cid:88)(cid:79)(cid:82)(cid:88)(cid:86)(cid:72)(cid:15)(cid:3)(cid:41)(cid:85)(cid:68)(cid:81)(cid:70)(cid:72)
(cid:57)(cid:82)(cid:79)(cid:88)(cid:80)(cid:72)(cid:3)(cid:40)(cid:71)(cid:76)(cid:87)(cid:82)(cid:85)(cid:86)(cid:29)
(cid:48)(cid:68)(cid:81)(cid:88)(cid:72)(cid:79)(cid:3)(cid:42)(cid:129)(cid:71)(cid:72)(cid:79) (cid:53)(cid:82)(cid:79)(cid:68)(cid:81)(cid:71)(cid:3)(cid:58)(cid:68)(cid:79)(cid:87)(cid:72)(cid:85)
(cid:51)(cid:68)(cid:88)(cid:79)(cid:3)(cid:54)(cid:70)(cid:75)(cid:72)(cid:85)(cid:85)(cid:72)(cid:85)(cid:3)(cid:44)(cid:81)(cid:86)(cid:87)(cid:76)(cid:87)(cid:88)(cid:87)(cid:3) (cid:44)(cid:81)(cid:87)(cid:72)(cid:74)(cid:85)(cid:68)(cid:79)(cid:3)(cid:54)(cid:70)(cid:76)(cid:72)(cid:81)(cid:70)(cid:72)(cid:3)(cid:39)(cid:68)(cid:87)(cid:68)(cid:3)(cid:38)(cid:72)(cid:81)(cid:87)(cid:85)(cid:72)(cid:3)
(cid:58)(cid:129)(cid:85)(cid:72)(cid:81)(cid:79)(cid:76)(cid:81)(cid:74)(cid:72)(cid:81)(cid:3)(cid:68)(cid:81)(cid:71)(cid:3)(cid:57)(cid:76)(cid:79)(cid:79)(cid:76)(cid:74)(cid:72)(cid:81)(cid:3) (cid:20)(cid:21)(cid:28)(cid:19)(cid:3)(cid:57)(cid:72)(cid:85)(cid:86)(cid:82)(cid:76)(cid:91)(cid:15)(cid:3)(cid:54)(cid:90)(cid:76)(cid:87)(cid:93)(cid:72)(cid:85)(cid:79)(cid:68)(cid:81)(cid:71)
(cid:24)(cid:21)(cid:22)(cid:21)(cid:3)(cid:57)(cid:76)(cid:79)(cid:79)(cid:76)(cid:74)(cid:72)(cid:81)(cid:3)(cid:51)(cid:54)(cid:44)(cid:15)(cid:3)(cid:54)(cid:90)(cid:76)(cid:87)(cid:93)(cid:72)(cid:85)(cid:79)(cid:68)(cid:81)(cid:71)
(cid:55)(cid:75)(cid:76)(cid:86)(cid:3)(cid:86)(cid:72)(cid:85)(cid:76)(cid:72)(cid:86)(cid:3)(cid:76)(cid:86)(cid:3)(cid:72)(cid:71)(cid:76)(cid:87)(cid:72)(cid:71)(cid:3)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:69)(cid:72)(cid:75)(cid:68)(cid:79)(cid:73)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:54)(cid:90)(cid:76)(cid:86)(cid:86)(cid:3)(cid:54)(cid:82)(cid:70)(cid:76)(cid:72)(cid:87)(cid:92)(cid:3)(cid:73)(cid:82)(cid:85)(cid:3)(cid:36)(cid:86)(cid:87)(cid:85)(cid:82)(cid:83)(cid:75)(cid:92)(cid:86)(cid:76)(cid:70)(cid:86)(cid:3)(cid:68)(cid:81)(cid:71)(cid:3)(cid:36)(cid:86)(cid:87)(cid:85)(cid:82)(cid:81)(cid:82)(cid:80)(cid:92)(cid:29)
(cid:54)(cid:82)(cid:70)(cid:76)(cid:112)(cid:87)(cid:112)(cid:3)(cid:54)(cid:88)(cid:76)(cid:86)(cid:86)(cid:72)(cid:3)(cid:71)(cid:183)(cid:36)(cid:86)(cid:87)(cid:85)(cid:82)(cid:83)(cid:75)(cid:92)(cid:86)(cid:76)(cid:84)(cid:88)(cid:72)(cid:3)(cid:72)(cid:87)(cid:3)(cid:71)(cid:183)(cid:36)(cid:86)(cid:87)(cid:85)(cid:82)(cid:81)(cid:82)(cid:80)(cid:76)(cid:72)(cid:3)
(cid:50)(cid:69)(cid:86)(cid:72)(cid:85)(cid:89)(cid:68)(cid:87)(cid:82)(cid:76)(cid:85)(cid:72)(cid:3)(cid:71)(cid:72)(cid:3)(cid:42)(cid:72)(cid:81)(cid:113)(cid:89)(cid:72)(cid:15)(cid:3)(cid:70)(cid:75)(cid:17)(cid:3)(cid:71)(cid:72)(cid:86)(cid:3)(cid:48)(cid:68)(cid:76)(cid:79)(cid:79)(cid:72)(cid:87)(cid:87)(cid:72)(cid:86)(cid:3)(cid:24)(cid:20)(cid:15)(cid:3)(cid:20)(cid:21)(cid:28)(cid:19)(cid:3)(cid:54)(cid:68)(cid:88)(cid:89)(cid:72)(cid:85)(cid:81)(cid:92)(cid:15)(cid:3)(cid:54)(cid:90)(cid:76)(cid:87)(cid:93)(cid:72)(cid:85)(cid:79)(cid:68)(cid:81)(cid:71)
(cid:38)(cid:82)(cid:89)(cid:72)(cid:85)(cid:3)(cid:83)(cid:76)(cid:70)(cid:87)(cid:88)(cid:85)(cid:72)(cid:29)(cid:3)(cid:55)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:69)(cid:68)(cid:70)(cid:78)(cid:74)(cid:85)(cid:82)(cid:88)(cid:81)(cid:71)(cid:3)(cid:83)(cid:76)(cid:70)(cid:87)(cid:88)(cid:85)(cid:72)(cid:3)(cid:76)(cid:79)(cid:79)(cid:88)(cid:86)(cid:87)(cid:85)(cid:68)(cid:87)(cid:72)(cid:86)(cid:3)(cid:68)(cid:81)(cid:3)(cid:68)(cid:85)(cid:87)(cid:76)(cid:86)(cid:87)(cid:183)(cid:86)(cid:3)(cid:89)(cid:76)(cid:72)(cid:90)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:68)(cid:81)(cid:3)(cid:68)(cid:70)(cid:70)(cid:85)(cid:72)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:71)(cid:76)(cid:86)(cid:78)(cid:3)(cid:68)(cid:81)(cid:71)(cid:3)(cid:77)(cid:72)(cid:87)(cid:86)(cid:3)(cid:76)(cid:81)(cid:3)(cid:68)(cid:81)(cid:3)(cid:68)(cid:70)(cid:87)(cid:76)(cid:89)(cid:72)(cid:3)(cid:74)(cid:68)(cid:79)(cid:68)(cid:70)(cid:87)(cid:76)(cid:70)(cid:3)
(cid:81)(cid:88)(cid:70)(cid:79)(cid:72)(cid:88)(cid:86)(cid:3)(cid:11)(cid:70)(cid:82)(cid:88)(cid:85)(cid:87)(cid:72)(cid:86)(cid:92)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:42)(cid:17)(cid:3)(cid:39)(cid:68)(cid:81)(cid:68)(cid:3)(cid:37)(cid:72)(cid:85)(cid:85)(cid:92)(cid:15)(cid:3)(cid:54)(cid:83)(cid:68)(cid:70)(cid:72)(cid:3)(cid:55)(cid:72)(cid:79)(cid:72)(cid:86)(cid:70)(cid:82)(cid:83)(cid:72)(cid:3)(cid:54)(cid:70)(cid:76)(cid:72)(cid:81)(cid:70)(cid:72)(cid:3)(cid:44)(cid:81)(cid:86)(cid:87)(cid:76)(cid:87)(cid:88)(cid:87)(cid:72)(cid:15)(cid:3)(cid:37)(cid:68)(cid:79)(cid:87)(cid:76)(cid:80)(cid:82)(cid:85)(cid:72)(cid:12)(cid:17)(cid:3)(cid:55)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:85)(cid:72)(cid:71)(cid:3)(cid:70)(cid:88)(cid:85)(cid:89)(cid:72)(cid:3)(cid:86)(cid:75)(cid:82)(cid:90)(cid:86)(cid:3)(cid:68)(cid:3)(cid:70)(cid:68)(cid:79)(cid:70)(cid:88)(cid:79)(cid:68)(cid:87)(cid:72)(cid:71)(cid:3)
(cid:86)(cid:82)(cid:73)(cid:87)(cid:3)(cid:59)(cid:16)(cid:85)(cid:68)(cid:92)(cid:3)(cid:86)(cid:83)(cid:72)(cid:70)(cid:87)(cid:85)(cid:88)(cid:80)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:68)(cid:3)(cid:75)(cid:82)(cid:87)(cid:3)(cid:70)(cid:82)(cid:86)(cid:80)(cid:76)(cid:70)(cid:3)(cid:83)(cid:79)(cid:68)(cid:86)(cid:80)(cid:68)(cid:3)(cid:68)(cid:86)(cid:3)(cid:85)(cid:72)(cid:70)(cid:82)(cid:85)(cid:71)(cid:72)(cid:71)(cid:3)(cid:69)(cid:92)(cid:3)(cid:68)(cid:3)(cid:74)(cid:85)(cid:68)(cid:87)(cid:76)(cid:81)(cid:74)(cid:3)(cid:86)(cid:83)(cid:72)(cid:70)(cid:87)(cid:85)(cid:82)(cid:80)(cid:72)(cid:87)(cid:72)(cid:85)(cid:17)
(cid:47)(cid:76)(cid:69)(cid:85)(cid:68)(cid:85)(cid:92)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:38)(cid:82)(cid:81)(cid:74)(cid:85)(cid:72)(cid:86)(cid:86)(cid:3)(cid:38)(cid:82)(cid:81)(cid:87)(cid:85)(cid:82)(cid:79)(cid:3)(cid:49)(cid:88)(cid:80)(cid:69)(cid:72)(cid:85)(cid:29)(cid:3)(cid:21)(cid:19)(cid:19)(cid:24)(cid:28)(cid:21)(cid:20)(cid:24)(cid:19)(cid:26)
(cid:44)(cid:54)(cid:37)(cid:49)(cid:3)(cid:22)(cid:16)(cid:24)(cid:23)(cid:19)(cid:16)(cid:23)(cid:19)(cid:24)(cid:19)(cid:20)(cid:16)(cid:20)(cid:3)(cid:54)(cid:83)(cid:85)(cid:76)(cid:81)(cid:74)(cid:72)(cid:85)(cid:3)(cid:37)(cid:72)(cid:85)(cid:79)(cid:76)(cid:81)(cid:3)(cid:43)(cid:72)(cid:76)(cid:71)(cid:72)(cid:79)(cid:69)(cid:72)(cid:85)(cid:74)(cid:3)(cid:49)(cid:72)(cid:90)(cid:3)(cid:60)(cid:82)(cid:85)(cid:78)
(cid:55)(cid:75)(cid:76)(cid:86)(cid:3)(cid:90)(cid:82)(cid:85)(cid:78)(cid:3)(cid:76)(cid:86)(cid:3)(cid:86)(cid:88)(cid:69)(cid:77)(cid:72)(cid:70)(cid:87)(cid:3)(cid:87)(cid:82)(cid:3)(cid:70)(cid:82)(cid:83)(cid:92)(cid:85)(cid:76)(cid:74)(cid:75)(cid:87)(cid:17)(cid:3)(cid:36)(cid:79)(cid:79)(cid:3)(cid:85)(cid:76)(cid:74)(cid:75)(cid:87)(cid:86)(cid:3)(cid:68)(cid:85)(cid:72)(cid:3)(cid:85)(cid:72)(cid:86)(cid:72)(cid:85)(cid:89)(cid:72)(cid:71)(cid:15)(cid:3)(cid:90)(cid:75)(cid:72)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:85)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:90)(cid:75)(cid:82)(cid:79)(cid:72)(cid:3)(cid:82)(cid:85)(cid:3)(cid:83)(cid:68)(cid:85)(cid:87)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:80)(cid:68)(cid:87)(cid:72)(cid:85)(cid:76)(cid:68)(cid:79)(cid:3)(cid:76)(cid:86)(cid:3)(cid:70)(cid:82)(cid:81)(cid:70)(cid:72)(cid:85)(cid:81)(cid:72)(cid:71)(cid:15)(cid:3)(cid:86)(cid:83)(cid:72)(cid:16)
(cid:70)(cid:76)(cid:192)(cid:70)(cid:68)(cid:79)(cid:79)(cid:92)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:85)(cid:76)(cid:74)(cid:75)(cid:87)(cid:86)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:87)(cid:85)(cid:68)(cid:81)(cid:86)(cid:79)(cid:68)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:15)(cid:3)(cid:85)(cid:72)(cid:83)(cid:85)(cid:76)(cid:81)(cid:87)(cid:76)(cid:81)(cid:74)(cid:15)(cid:3)(cid:85)(cid:72)(cid:88)(cid:86)(cid:72)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:76)(cid:79)(cid:79)(cid:88)(cid:86)(cid:87)(cid:85)(cid:68)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:86)(cid:15)(cid:3)(cid:85)(cid:72)(cid:70)(cid:76)(cid:87)(cid:68)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:15)(cid:3)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:68)(cid:71)(cid:70)(cid:68)(cid:86)(cid:87)(cid:76)(cid:81)(cid:74)(cid:15)(cid:3)(cid:85)(cid:72)(cid:83)(cid:85)(cid:82)(cid:71)(cid:88)(cid:70)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:80)(cid:76)(cid:70)(cid:85)(cid:82)(cid:192)(cid:79)(cid:80)(cid:3)
(cid:82)(cid:85)(cid:3)(cid:76)(cid:81)(cid:3)(cid:68)(cid:81)(cid:92)(cid:3)(cid:82)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:85)(cid:3)(cid:90)(cid:68)(cid:92)(cid:15)(cid:3)(cid:68)(cid:81)(cid:71)(cid:3)(cid:86)(cid:87)(cid:82)(cid:85)(cid:68)(cid:74)(cid:72)(cid:3)(cid:76)(cid:81)(cid:3)(cid:71)(cid:68)(cid:87)(cid:68)(cid:3)(cid:69)(cid:68)(cid:81)(cid:78)(cid:86)(cid:17)(cid:3)(cid:39)(cid:88)(cid:83)(cid:79)(cid:76)(cid:70)(cid:68)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:76)(cid:86)(cid:3)(cid:83)(cid:88)(cid:69)(cid:79)(cid:76)(cid:70)(cid:68)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:82)(cid:85)(cid:3)(cid:83)(cid:68)(cid:85)(cid:87)(cid:86)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:85)(cid:72)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:76)(cid:86)(cid:3)(cid:83)(cid:72)(cid:85)(cid:80)(cid:76)(cid:87)(cid:87)(cid:72)(cid:71)(cid:3)(cid:82)(cid:81)(cid:79)(cid:92)(cid:3)(cid:88)(cid:81)(cid:71)(cid:72)(cid:85)(cid:3)
(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:83)(cid:85)(cid:82)(cid:89)(cid:76)(cid:86)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:86)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:42)(cid:72)(cid:85)(cid:80)(cid:68)(cid:81)(cid:3)(cid:38)(cid:82)(cid:83)(cid:92)(cid:85)(cid:76)(cid:74)(cid:75)(cid:87)(cid:3)(cid:47)(cid:68)(cid:90)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:54)(cid:72)(cid:83)(cid:87)(cid:72)(cid:80)(cid:69)(cid:72)(cid:85)(cid:3)(cid:28)(cid:15)(cid:3)(cid:20)(cid:28)(cid:25)(cid:24)(cid:15)(cid:3)(cid:76)(cid:81)(cid:3)(cid:76)(cid:87)(cid:86)(cid:3)(cid:70)(cid:88)(cid:85)(cid:85)(cid:72)(cid:81)(cid:87)(cid:3)(cid:89)(cid:72)(cid:85)(cid:86)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:15)(cid:3)(cid:68)(cid:81)(cid:71)(cid:3)(cid:83)(cid:72)(cid:85)(cid:80)(cid:76)(cid:86)(cid:86)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:73)(cid:82)(cid:85)(cid:3)(cid:88)(cid:86)(cid:72)(cid:3)(cid:80)(cid:88)(cid:86)(cid:87)(cid:3)
(cid:68)(cid:79)(cid:90)(cid:68)(cid:92)(cid:86)(cid:3)(cid:69)(cid:72)(cid:3)(cid:82)(cid:69)(cid:87)(cid:68)(cid:76)(cid:81)(cid:72)(cid:71)(cid:3)(cid:73)(cid:85)(cid:82)(cid:80)(cid:3)(cid:54)(cid:83)(cid:85)(cid:76)(cid:81)(cid:74)(cid:72)(cid:85)(cid:17)(cid:3)(cid:57)(cid:76)(cid:82)(cid:79)(cid:68)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:86)(cid:3)(cid:68)(cid:85)(cid:72)(cid:3)(cid:79)(cid:76)(cid:68)(cid:69)(cid:79)(cid:72)(cid:3)(cid:73)(cid:82)(cid:85)(cid:3)(cid:83)(cid:85)(cid:82)(cid:86)(cid:72)(cid:70)(cid:88)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:88)(cid:81)(cid:71)(cid:72)(cid:85)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:42)(cid:72)(cid:85)(cid:80)(cid:68)(cid:81)(cid:3)(cid:38)(cid:82)(cid:83)(cid:92)(cid:85)(cid:76)(cid:74)(cid:75)(cid:87)(cid:3)(cid:47)(cid:68)(cid:90)(cid:17)
(cid:54)(cid:83)(cid:85)(cid:76)(cid:81)(cid:74)(cid:72)(cid:85)(cid:3)(cid:76)(cid:86)(cid:3)(cid:68)(cid:3)(cid:83)(cid:68)(cid:85)(cid:87)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:54)(cid:83)(cid:85)(cid:76)(cid:81)(cid:74)(cid:72)(cid:85)(cid:3)(cid:54)(cid:70)(cid:76)(cid:72)(cid:81)(cid:70)(cid:72)(cid:14)(cid:37)(cid:88)(cid:86)(cid:76)(cid:81)(cid:72)(cid:86)(cid:86)(cid:3)(cid:48)(cid:72)(cid:71)(cid:76)(cid:68)(cid:3)
(cid:86)(cid:83)(cid:85)(cid:76)(cid:81)(cid:74)(cid:72)(cid:85)(cid:82)(cid:81)(cid:79)(cid:76)(cid:81)(cid:72)(cid:17)(cid:70)(cid:82)(cid:80)(cid:3)
(cid:139)(cid:3)(cid:54)(cid:83)(cid:85)(cid:76)(cid:81)(cid:74)(cid:72)(cid:85)(cid:16)(cid:57)(cid:72)(cid:85)(cid:79)(cid:68)(cid:74)(cid:3)(cid:37)(cid:72)(cid:85)(cid:79)(cid:76)(cid:81)(cid:3)(cid:43)(cid:72)(cid:76)(cid:71)(cid:72)(cid:79)(cid:69)(cid:72)(cid:85)(cid:74)(cid:3)(cid:21)(cid:19)(cid:19)(cid:24)(cid:3)
(cid:51)(cid:85)(cid:76)(cid:81)(cid:87)(cid:72)(cid:71)(cid:3)(cid:76)(cid:81)(cid:3)(cid:42)(cid:72)(cid:85)(cid:80)(cid:68)(cid:81)(cid:92)
(cid:55)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:88)(cid:86)(cid:72)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:74)(cid:72)(cid:81)(cid:72)(cid:85)(cid:68)(cid:79)(cid:3)(cid:71)(cid:72)(cid:86)(cid:70)(cid:85)(cid:76)(cid:83)(cid:87)(cid:76)(cid:89)(cid:72)(cid:3)(cid:81)(cid:68)(cid:80)(cid:72)(cid:86)(cid:15)(cid:3)(cid:85)(cid:72)(cid:74)(cid:76)(cid:86)(cid:87)(cid:72)(cid:85)(cid:72)(cid:71)(cid:3)(cid:81)(cid:68)(cid:80)(cid:72)(cid:86)(cid:15)(cid:3)(cid:87)(cid:85)(cid:68)(cid:71)(cid:72)(cid:80)(cid:68)(cid:85)(cid:78)(cid:86)(cid:15)(cid:3)(cid:72)(cid:87)(cid:70)(cid:17)(cid:3)(cid:76)(cid:81)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:76)(cid:86)(cid:3)(cid:83)(cid:88)(cid:69)(cid:79)(cid:76)(cid:70)(cid:68)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:71)(cid:82)(cid:72)(cid:86)(cid:3)(cid:81)(cid:82)(cid:87)(cid:3)(cid:76)(cid:80)(cid:83)(cid:79)(cid:92)(cid:15)(cid:3)(cid:72)(cid:89)(cid:72)(cid:81)(cid:3)(cid:76)(cid:81)(cid:3)
(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:68)(cid:69)(cid:86)(cid:72)(cid:81)(cid:70)(cid:72)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:68)(cid:3)(cid:86)(cid:83)(cid:72)(cid:70)(cid:76)(cid:192)(cid:70)(cid:3)(cid:86)(cid:87)(cid:68)(cid:87)(cid:72)(cid:80)(cid:72)(cid:81)(cid:87)(cid:15)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:68)(cid:87)(cid:3)(cid:86)(cid:88)(cid:70)(cid:75)(cid:3)(cid:81)(cid:68)(cid:80)(cid:72)(cid:86)(cid:3)(cid:68)(cid:85)(cid:72)(cid:3)(cid:72)(cid:91)(cid:72)(cid:80)(cid:83)(cid:87)(cid:3)(cid:73)(cid:85)(cid:82)(cid:80)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:85)(cid:72)(cid:79)(cid:72)(cid:89)(cid:68)(cid:81)(cid:87)(cid:3)(cid:83)(cid:85)(cid:82)(cid:87)(cid:72)(cid:70)(cid:87)(cid:76)(cid:89)(cid:72)(cid:3)(cid:79)(cid:68)(cid:90)(cid:86)(cid:3)(cid:68)(cid:81)(cid:71)(cid:3)(cid:85)(cid:72)(cid:74)(cid:88)(cid:79)(cid:68)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:86)(cid:3)(cid:68)(cid:81)(cid:71)(cid:3)
(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:85)(cid:72)(cid:73)(cid:82)(cid:85)(cid:72)(cid:3)(cid:73)(cid:85)(cid:72)(cid:72)(cid:3)(cid:73)(cid:82)(cid:85)(cid:3)(cid:74)(cid:72)(cid:81)(cid:72)(cid:85)(cid:68)(cid:79)(cid:3)(cid:88)(cid:86)(cid:72)(cid:17)
(cid:55)(cid:92)(cid:83)(cid:72)(cid:86)(cid:72)(cid:87)(cid:87)(cid:76)(cid:81)(cid:74)(cid:29)(cid:3)(cid:38)(cid:68)(cid:80)(cid:72)(cid:85)(cid:68)(cid:16)(cid:85)(cid:72)(cid:68)(cid:71)(cid:92)(cid:3)(cid:70)(cid:82)(cid:83)(cid:92)(cid:3)(cid:73)(cid:85)(cid:82)(cid:80)(cid:3)(cid:68)(cid:88)(cid:87)(cid:75)(cid:82)(cid:85)(cid:86)(cid:18)(cid:72)(cid:71)(cid:76)(cid:87)(cid:82)(cid:85)(cid:86)(cid:3)
(cid:39)(cid:68)(cid:87)(cid:68)(cid:3)(cid:70)(cid:82)(cid:81)(cid:89)(cid:72)(cid:85)(cid:86)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:69)(cid:92)(cid:3)(cid:55)(cid:72)(cid:70)(cid:75)(cid:37)(cid:82)(cid:82)(cid:78)(cid:86)(cid:3)
(cid:38)(cid:82)(cid:89)(cid:72)(cid:85)(cid:3)(cid:71)(cid:72)(cid:86)(cid:76)(cid:74)(cid:81)(cid:29)(cid:3)(cid:71)(cid:72)(cid:86)(cid:76)(cid:74)(cid:81)(cid:3)(cid:9)(cid:3)(cid:83)(cid:85)(cid:82)(cid:71)(cid:88)(cid:70)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:42)(cid:80)(cid:69)(cid:43)(cid:15)(cid:3)(cid:43)(cid:72)(cid:76)(cid:71)(cid:72)(cid:79)(cid:69)(cid:72)(cid:85)(cid:74)
(cid:51)(cid:85)(cid:76)(cid:81)(cid:87)(cid:72)(cid:71)(cid:3)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:68)(cid:70)(cid:76)(cid:71)(cid:16)(cid:73)(cid:85)(cid:72)(cid:72)(cid:3)(cid:83)(cid:68)(cid:83)(cid:72)(cid:85)(cid:3)(cid:3)(cid:3)(cid:3)(cid:3)(cid:3)(cid:3)(cid:3)(cid:24)(cid:24)(cid:18)(cid:22)(cid:20)(cid:23)(cid:20)(cid:18)(cid:80)(cid:75)(cid:3)(cid:16)(cid:3)(cid:24)(cid:3)(cid:23)(cid:3)(cid:22)(cid:3)(cid:21)(cid:3)(cid:20)(cid:3)(cid:19)
Preface
The 30th Saas-Fee Advanced Course, held at Les Diablerets, Switzerland,
between 3 and 8 April, 2000, symbolizes the beginning of a new era in high-
energy astrophysics. Only 8 months earlier, NASA’s Chandra X-ray Obser-
vatorybeganoperations,andonly4monthsbeforethecourse,ESA’scorner-
stonemissionXMM-Newtonwaslaunchedsuccessfully.Thefirstresultswere
presentedduringthelectures,comprisingsplendidpicturesandthefirsthigh-
resolution spectra from cosmic X-ray sources. Soon to come were a suite of
complementary high-energy missions, covering the adjacent hard X-ray and
gamma-rayregimes.ESA’sINTEGRALmissionwasunderconstruction,and
sowasNASA’sHigh-EnergySolarSpectroscopicImager,HESSI.Bothsatel-
lites have been launched meanwhile and both provide excellent data from
hard X-ray and gamma-ray sources. These new observatories bring to ma-
turity many fields of research related to high-energy processes across the
universe. After a few years, all missions have met our boldest expectations,
with many new discoveries being made on a regular basis.
ThetimingofthisSaasFeecoursewasideal.Afterthreedecadesofintense
research in X-ray and gamma-ray astronomy, the time was ripe to summa-
rize basic knowledge on X-ray and gamma-ray spectroscopy for interested
students and researchers ready to become involved in the new missions. The
main purpose of this course was to communicate the scientific basics and
methods of high-energy spectroscopic astrophysics. These methods are sur-
prisinglysimilarinandcommontoallofitsdisciplines,illuminatingourcom-
moninteresttounderstandenergeticprocessesintheuniverseingeneral.The
emphasis was therefore on physical principles and observing methods rather
thanondiscussionsofparticularclassesofhigh-energyobjects.Inthisspirit,
thethreespeakerspresentedexcellentlecturesdiscussingtopicsfromphysical
processes to instrumentation.
Steven M. Kahn’s lectures on soft X-ray spectroscopy reviews the large
field of atomic physics in low-density cosmic plasmas from a strict quantum
mechanicspointofview.Hediscussesdetailsofionizationandrecombination
processes,atomictransitions,andequilibriarelevantfortheinterpretationof
soft X-ray spectra from cosmic sources.
Peter von Ballmoos in his series of lectures presents the basic science of
detector and telescope systems for high-energy astrophysics. Probably in no
VI Preface
other area of astronomy is the precise understanding of detector character-
istics as important as in the field of gamma-ray astronomy where incoming
photons transform the telescope and detector structures themselves into ra-
diating sources.
RashidSunyaevpresentsacomprehensivereviewoffundamentalprocesses
in high-energy plasmas, concentrating on radiation processes in extreme en-
vironments such as magnetospheres of neutron stars, accretion disks around
black holes, or plasma in active galactic nuclei. Much emphasis is put on
comptonization mechanisms. We deeply regret that Prof. Sunyaev was not
willingtosendushiscompleteversionofthemanuscript.Theversionprinted
in this book unfortunately lacks all the figures foreseen for the article.
The end of the course also marked the 100th anniversary of a very sig-
nificant event without which these lectures would not have happened: often
forgottennowadays,onApril9,1900,theFrenchphysicistPaulVillardfound
thatradiumemittedsomeverypenetratingradiation;hehaddiscovered(and
named) the gamma rays!
The immediate interest in the present course and the current esteem for
the presented topics was reflected in the very large number of participants
that reached the capacity limits of the Saas Fee course. A total of 142 per-
sons(speakersandorganizersincluded)registeredforthiscourse,anddespite
a few cancellations more than 130 people came to Les Diablerets. Several
participants also took the opportunity to combine this course with the “IN-
TEGRAL spring school” that was organized at the same place during the
preceding week.
The organizers wish to thank the three speakers for their great enthusi-
asm and their brilliant lectures. A magnificent concert with Italian music of
the 17th century was given at Vers l’E´glise on Tuesday night. We are much
indebted to the excellent performers. Organizing such a course is impossi-
ble without the help of a number of people. We extend our warmest thanks
to our secretary, Martine Logossou, for her management of correspondence,
registrations, and the budget. Pascal Favre provided invaluable help with
editing part of the source text. We thank Marc Audard for the photographs
taken duringthecourseand reproducedin thisvolume with permission.The
Eurotel-Victoriahotelhasasusualprovidedasplendidenvironmenttomake
course participation a pleasure. The rich banquet dinner remains unforget-
table.AndlastbutnotleastwethanktheSwissAcademyofNaturalSciences
for its substantial financial contributions, and the Swiss Society for Astro-
physics and Astronomy for its continuing support of the Saas-Fee course
series.
Zu¨rich and Versoix Manuel Gu¨del
February 2005 Roland Walter

Contents
Soft X-Ray Spectroscopy of Astrophysical Plasmas
S.M. Kahn ..................................................... 3
1 Introduction ................................................ 3
1.1 The Role of X-Ray Spectroscopy in Astrophysics............ 4
1.2 Characteristics of Cosmic X-ray Sources ................... 5
2 Classical and Quantum Radiation Theory ...................... 9
2.1 Introduction ........................................... 9
2.2 Overview of the Classical Equations....................... 10
2.3 Electromagnetic Waves .................................. 11
2.4 The Classical Multipole Expansion........................ 12
2.5 The Classical Oscillator ................................. 15
2.6 Quantum Radiation Theory – Overview ................... 17
2.7 The Radiation Hamiltonian .............................. 19
2.8 Bound-Free Absorption (Photoionization).................. 20
2.9 Bound-Bound Transitions................................ 21
2.10 The Quantum Multipole Expansion ....................... 22
2.11 Spontaneous Emission................................... 23
3 The Structure of Multi-Electron Atoms ........................ 24
3.1 Introduction ........................................... 24
3.2 Hydrogen-like Ions ...................................... 25
3.3 Scaling with Nuclear Charge ............................. 28
3.4 Relativistic Corrections.................................. 30
3.5 The Central Field Approximation
and Quantum Indistinguishability......................... 31
3.6 Electron Exchange – Helium-like Atoms ................... 33
3.7 Approximation Techniques for Multi-Electron Atoms ........ 35
3.8 LS, jj and Intermediate Coupling ......................... 37
3.9 Spectroscopic Notation and Ground-State Configurations .... 38
3.10 Configuration Interaction ................................ 40
3.11 Selection Rules for Radiative Transitions................... 40
4 Electron-Ion Collisional Processes ............................. 41
4.1 Overview .............................................. 41
4.2 Collisional Excitation – Scattering Theory ................. 44
4.3 Collisional Excitation – Classical Estimate ................. 47
X Contents
4.4 Collisional Ionization.................................... 49
4.5 Radiative Recombination ................................ 51
4.6 Dielectronic Recombination and Autoionization............. 53
5 Types of Equilibria .......................................... 57
5.1 Properties of LTE ...................................... 58
5.2 Coronal Equilibrium .................................... 60
5.3 X-Ray Photoionization Equilibrium ....................... 62
5.4 Thermal Instability in Photoionized Plasmas ............... 67
6 Discrete Line Diagnostics..................................... 70
6.1 Lyman Series Transitions in H-like Ions.................... 71
6.2 He-like Transitions...................................... 74
6.3 Iron L-Shell Transitions ................................. 75
6.4 The Iron K-Shell Complex ............................... 78
7 Concluding Remarks......................................... 80
References ..................................................... 81
Instruments for Nuclear Astrophysics
P. von Ballmoos ................................................ 83
1 Introduction ................................................ 83
1.1 The Instrumental Development of Gamma-Ray Astrophysics . 84
1.2 From Gamma-Ray Astronomy to Nuclear Astrophysics ...... 91
1.3 Requirements on Instruments for Gamma-Ray Spectroscopy.. 96
2 Interaction of High Energy Photons with Matter ................ 98
2.1 Photoelectric Effect ..................................... 102
2.2 Scattering from Free Electrons ........................... 103
2.3 Scattering from Bound Electrons ......................... 105
2.4 Optical Properties of Materials: Reflection and Refraction.... 112
2.5 Pair Production ........................................ 114
2.6 The Spectral Signatures of Energy Loss Processes........... 117
2.7 Characterizing the Detector Response ..................... 119
3 Detectors................................................... 121
3.1 Gas-filled Detectors ..................................... 122
3.2 Scintillators ............................................ 133
3.3 Semiconductor Detectors ................................ 143
4 The Instruments for Nuclear Astronomy........................ 149
4.1 Geometric Optics: Modulating Aperture Systems ........... 149
4.2 Quantum Optics: Compton Telescopes..................... 168
4.3 Wave Optics: Focusing Telescopes......................... 180
References ..................................................... 193
Hard X-Ray and Gamma Ray Spectroscopy
R. Sunyaev and S. Sazonov ...................................... 199
1 Fundamentals of Compton Scattering .......................... 200
1.1 Photon Frequency Shift upon Scattering from a Free Electron 200
Contents XI
1.2 Scattering Cross Section ................................. 201
1.3 Radiation Force ........................................ 204
1.4 Energy Exchange Between Plasma and Radiation ........... 209
2 Comptonization in Infinite Homogeneous Media ................. 212
2.1 Analytic Approximations for the Compton Scattering Kernel . 213
2.2 Kompaneets Equation................................... 217
2.3 Plasma Heating and Cooling ............................. 221
2.4 Analytic Results for the Homogeneous Problem............. 221
2.5 Induced Compton Scattering ............................. 223
2.6 Photon Production Mechanisms .......................... 228
3 Comptonization in Bounded Plasma Clouds .................... 234
3.1 Spatial Problem ........................................ 235
3.2 Distribution of Photons over the Escape Time.............. 235
3.3 Solution of the Stationary Equation of Comptonization ...... 237
3.4 Solution by the Convolution Method ...................... 239
3.5 Double Compton Effect as Source of Low Frequency Photons. 241
3.6 Monte Carlo Calculations of Comptonization Spectra........ 242
3.7 Bulk Comptonization ................................... 243
4 Interaction of X-Rays with Partially Ionized Media .............. 249
4.1 X-Ray Reflection ....................................... 250
4.2 Scattering of X-Ray Lines on Neutral Hydrogen and Helium.. 256
5 6.4-keV Fluorescent Emission from Molecular Clouds
in the Galactic Center ....................................... 264
5.1 Surface Brightness Distribution of the Neutral
and Ionized Iron Line Emission ........................... 265
5.2 Sgr B2 Giant Molecular Cloud............................ 266
5.3 X-Ray Archaeology: Activity of Sgr A* in the Recent Past ... 268
6 X-Ray Emission from Supernova 1987A ........................ 269
6.1 Analytic Solution of the Problem ......................... 270
7 Accretion onto Black Holes and Neutron Stars .................. 272
7.1 Introduction ........................................... 272
7.2 Efficiency of Accretion onto a Rapidly Rotating Neutron Star 274
7.3 Structure of the Boundary Layer.......................... 275
7.4 Time Variability in the Accretion Disk
and in the Boundary Layer............................... 277
References ..................................................... 278
Index......................................................... 285