Про те, що спіральні галактики мають магнітні поля, було відомо вже понад півстоліття (і прогнози, що вони повинні існувати передували відкриттю протягом декількох років), а деякі магнітні поля галактик були чітко відображені.
Але як у цих магнітних полів з'явилися характеристики, які ми спостерігаємо за ними? І як вони зберігаються?
Недавній документ британських астрономів Стаса Шабали, Джеймса Міда та Пола Олександра може містити відповіді на ці питання, при цьому чотири фізичні процеси відіграють ключову роль: надходження прохолодного газу на диск, зворотній зв'язок наднових (ці двоє збільшують магнітогідродинамічну турбулентність), утворення зірок (це виводить газ і, отже, турбулентну енергію з холодного газу), і диференційоване галактичне обертання (це безперервно передає енергію поля з неузгодженого випадкового поля в упорядковане поле). Однак необхідний хоча б ще один ключовий процес, оскільки моделі астрономів несумісні із спостережуваними полями масивних спіральних галактик.
“Радіосинхронне випромінювання електронів високої енергії в міжзоряному середовищі (ISM) вказує на наявність магнітних полів у галактиках. Обертальні заходи (RM) фонових поляризованих джерел вказують на два різновиди поля: випадкове поле, яке не є когерентним на масштабах, більших за турбулентність ISM; і спіралеподібне поле, яке демонструє масштабну узгодженість ", - пишуть автори. «Для типової галактики ці поля мають сили в кілька мкг. У такій галактиці, як М51, спостерігається, що когерентне магнітне поле пов'язане з оптичними спіральними руками. Такі поля важливі в утворенні зірок і фізиці космічних променів, а також можуть вплинути на еволюцію галактики, але, незважаючи на їх важливість, питання про їх походження, еволюцію та структуру залишаються в основному невирішеними ".
Це поле в астрофізиці швидко прогресує, розуміючи, як генерується випадкове поле, яке стало досить чітко встановленим лише за останнє десятиліття або близько того (воно породжене турбулентністю в ІСМ, модельованої як однофазна магнітогідродинамічна (МГД)) рідина, в межах якої лінії магнітного поля замерзли). З іншого боку, виробництво великомасштабного поля шляхом намотування випадкових полів у спіраль шляхом диференціального обертання (динамо) було відомо набагато довше.
Деталі того, як впорядковане поле у спіралях формувалось у вигляді самих галактик - протягом декількох сотень мільйонів років після роз'єднання баріонової речовини та випромінювання (що породило космічний фон мікрохвильової печі, який ми бачимо сьогодні) - стає зрозумілим, хоча тестуючим ці гіпотези поки що неможливі, спостережно (дуже мало галактик з високим червоним зміщенням вивчено в оптичному та NIR періоді, не кажучи вже про детальне відображення магнітних полів).
«Ми представляємо першу (наскільки нам відомо) спробу включення магнітних полів у модель самосвідомісного формування та еволюції галактик. Прогнозується ряд властивостей галактики, і ми порівнюємо їх з наявними даними ", - кажуть Шабала, Мід та Олександр. Вони починаються з аналітичної моделі формування та еволюції галактик, яка «простежує охолодження газу, утворення зірок та різні процеси зворотного зв'язку в космологічному контексті. Модель одночасно відтворює локальні властивості галактики, історію утворення зірок Всесвіту, еволюцію функції зоряної маси до z ~ 1,5 та раннє нарощування масивних галактик. " Центральна для моделі - турбулентна кінетична енергія ІСМ та енергія випадкового магнітного поля: вони стають рівними у часових масштабах, миттєвих на космологічних часових шкалах.
Таким чином, драйвери - це фізичні процеси, які вводять енергію в ІСМ, і які виводять з неї енергію.
"Одним з найважливіших джерел введення енергії в ІСМ є наднові", - пишуть автори. "Зоряне утворення видаляє бурхливу енергію", як ви очікували, і газ, "накопичуючись з темної речовини гало, відкладає свою потенційну енергію в турбуленті". У їхній моделі є лише чотири вільні параметри - три описують ефективність процесів, які додають або видаляють турбулентність з ІСМ, а один - наскільки швидко впорядковані магнітні поля виникають із випадкових.
Чи схвильовані Шабала, Мід та Олександр своїми результатами? Ви будете суддею: «Для тестування моделей використовуються два місцеві зразки. Модель добре відтворює напруженість магнітного поля та радіосвітність у широкому діапазоні галактик низької та середньої маси ».
І що, на їхню думку, потрібно для врахування детальних астрономічних спостережень спіральних галактик з високою масою? "Включення викиду газу потужними АГН необхідно для того, щоб припинити охолодження газу".
Само собою зрозуміло, що радіотелескопи наступного покоління - EVLA, SKA та LOFAR - піддадуть всі моделі магнітних полів у галактиках (а не лише спіралі) набагато жорсткішим тестам (і навіть дозволять гіпотези щодо формування цих полів, більше 10 мільярдів років тому, щоб пройти тестування).
Джерело: Магнітні поля в галактиках: I. Радіодиски в локальних галактиках пізнього типу
