Η πολωμένη σκόνη αποκαλύπτει ισχυρό μαγνητικό πεδίο του αρχαίου γαλαξία - Physics World

Η πολωμένη σκόνη αποκαλύπτει ισχυρό μαγνητικό πεδίο του αρχαίου γαλαξία - Physics World

Χρονική σήμανση: 18 Σεπτεμβρίου 2023 11:43 π.μ.

Μαγνητικός γαλαξίας
Μαγνητικός χάρτης: εικόνα του γαλαξία 9io9 που δείχνει τον προσανατολισμό του μαγνητικού του πεδίου. (Ευγενική προσφορά: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/J Geach et al.)

Το πιο μακρινό γαλαξιακό μαγνητικό πεδίο που έχει παρατηρηθεί ποτέ έχει αναφερθεί από μια διεθνή ομάδα αστρονόμων. Το πεδίο ανήκε σε έναν γαλαξία που ονομάζεται 9io9, τον οποίο βλέπουμε όπως ήταν περίπου 11 δισεκατομμύρια χρόνια πριν – περίπου 2.5 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη δημιουργία του σύμπαντος στη Μεγάλη Έκρηξη. Η ανακάλυψη έγινε με τη μελέτη της ακτινοβολίας που εκπέμπεται από κόκκους σκόνης που ευθυγραμμίζονται από το μαγνητικό πεδίο του γαλαξία.

Τα μαγνητικά πεδία είναι γνωστό από καιρό ότι παίζουν βασικό ρόλο στο σχηματισμό των άστρων και των γαλαξιών. Ωστόσο, μεγάλης κλίμακας διατεταγμένα μαγνητικά πεδία έχουν παρατηρηθεί μόνο στον Γαλαξία μας και σε κοντινούς γαλαξίες.

Ενώ υπήρξε κάποια θεωρητική εργασία για το θέμα, δεν ήταν γνωστό πόσο γρήγορα θα μπορούσαν να σχηματιστούν μαγνητικά πεδία γύρω από τους νεαρούς γαλαξίες και ως εκ τούτου να παίξουν ρόλο στη μελλοντική τους εξέλιξη.

Ελάχιστα κατανοητή

«Τα μαγνητικά πεδία είναι ένα από εκείνα τα πράγματα που είναι βασικά συστατικά στους γαλαξίες, αλλά είναι σχετικά ελάχιστα κατανοητά, σε σύγκριση με άλλες διαδικασίες που εμπλέκονται», εξηγεί. James Geach, από το Πανεπιστήμιο του Hertfordshire, ο οποίος είναι ο κύριος συγγραφέας μιας εργασίας στο Φύση που περιγράφει την ανακάλυψη.

Ένας λόγος για αυτήν την κακή κατανόηση είναι ότι η ανίχνευση μακρινών μαγνητικών πεδίων σε νεαρούς γαλαξίες είναι μια τεχνική πρόκληση. Ως αποτέλεσμα, τα μαγνητικά πεδία συχνά απουσιάζουν σε πολλά μοντέλα και προσομοιώσεις σχηματισμού και εξέλιξης γαλαξιών. «Υπήρχε μια πιθανότητα το πεδίο να είναι πολύ αχνό και να μην μπορούμε να το εντοπίσουμε», εξηγεί ο Geach.

Οι επιστήμονες επέλεξαν να μελετήσουν τον 9io9 επειδή είναι ένας ιδιαίτερα φωτεινός γαλαξίας που έχει βαρυτικό φακό. Αυτός ο φακός εμφανίζεται όταν ένα τεράστιο αντικείμενο, όπως μια μαύρη τρύπα ή ένα σμήνος γαλαξιών, λυγίζει το φως από τον γαλαξία που περνά κοντά. Αυτό μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα τη μεγέθυνση του γαλαξία όπως φαίνεται στη Γη.

Βελόνες πυξίδας

Χρησιμοποιώντας τη συστοιχία Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) στη Χιλή, η ομάδα εντόπισε θερμικές εκπομπές από κόκκους σκόνης γύρω στο 9io9. Οι κόκκοι σκόνης δεν είναι απόλυτα σφαιρικοί, επομένως μπορούν να ευθυγραμμιστούν με ένα μαγνητικό πεδίο όπως οι βελόνες πυξίδας. Αυτοί οι κόκκοι μπορούν να απορροφήσουν την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και να την εκπέμπουν εκ νέου σε μεγαλύτερα μήκη κύματος

Εάν οι κόκκοι σκόνης είναι μαγνητικά ευθυγραμμισμένοι, θα εκπέμπουν πολωμένο φως. Αναλύοντας τον βαθμό και τον προσανατολισμό αυτής της πόλωσης, η ομάδα θα μπορούσε να συμπεράνει την κατεύθυνση και την ισχύ του μαγνητικού πεδίου στην περιοχή όπου βρίσκονταν οι κόκκοι σκόνης. Βρήκαν ότι η ένταση πεδίου του 9io9 είναι περίπου 20 φορές μεγαλύτερη από αυτή του Γαλαξία και εκτείνεται σε διάμετρο περίπου 16,000 έτη φωτός. Η ομάδα χρησιμοποίησε αυτά τα δεδομένα για να δημιουργήσει έναν χάρτη μαγνητικού πεδίου του μακρινού γαλαξία.

«Αυτό δείχνει ότι ακόμη και μέσα σε ένα σχετικά περιορισμένο χρονικό διάστημα από τη Μεγάλη Έκρηξη, μπορούν να δημιουργηθούν μαγνητικά πεδία όπως αυτά που βλέπουμε σε περισσότερους τοπικούς γαλαξίες», εξηγεί ο Geach.

Ράινερ Μπεκ είναι ειδικός στα γαλαξιακά μαγνητικά πεδία, ο οποίος αποσύρθηκε από το Ινστιτούτο Ραδιοαστρονομίας Max-Planck το 2018. Είπε Κόσμος Φυσικής ότι εξεπλάγη από την ένταση του πεδίου του 9io9: «Είναι πραγματικά εκπληκτικό, και είναι κάτι που λέει ότι οι μαγνητικές δυνάμεις είναι ήδη πολύ, πολύ σημαντικές στο πολύ πρώιμο σύμπαν».

Κοιτάζοντας πίσω στο χρόνο

Ο Beck προσθέτει ότι αυτό το 9io9 αντιπροσωπεύει ένα «τεράστιο άλμα» στην κατανόησή μας για τα μαγνητικά πεδία των παλαιότερων γαλαξιών. "Μέχρι τώρα, είχαμε μόνο κάποιες ενδείξεις για διατεταγμένα πεδία έως και 0.4 μετατόπιση προς το κόκκινο, αλλά αυτή είναι μια μετατόπιση προς το κόκκινο 2.6."

Το Redshift αναφέρεται στον βαθμό στον οποίο το μήκος κύματος του φωτός από τον γαλαξία έχει τεντωθεί από τη συνεχιζόμενη διαστολή του σύμπαντος - με υψηλότερες μετατοπίσεις στο κόκκινο που αντιστοιχούν σε παλαιότερα και πιο μακρινά αντικείμενα.

Όπως παρατηρήθηκε, ο γαλαξίας 9io9 είναι ακόμα στα σπάργανα και βρίσκεται στο πρώιμο σύμπαν. Ως αποτέλεσμα, εξακολουθεί να είναι πλούσιο σε τυρβώδη ιονισμένα αέρια που δεν έχουν καταρρεύσει για να σχηματίσουν αστέρια, και οι ερευνητές έχουν αναπτύξει μια θεωρία σχετικά με το πώς αυτή η αναταραχή σχετίζεται με το μαγνητικό πεδίο.

Τυρβώδης κίνηση

Ο γαλαξίας έχει σχήμα δίσκου που περιστρέφεται γρήγορα. Περιέχει επίσης τυρβώδη κίνηση από αστρική ανάδραση, η οποία αναφέρεται στις φυσικές διαδικασίες των άστρων που μπορούν να διαμορφώσουν το περιβάλλον τους. Αυτό περιλαμβάνει τους αστρικούς ανέμους, οι οποίοι είναι πίδακες φορτισμένων σωματιδίων που εκτοξεύονται από αστέρια.

«Πιστεύουμε ότι είναι αυτός ο έντονος σχηματισμός άστρων που αναδεύει το αέριο που ενίσχυσε αρχικά το μαγνητικό πεδίο», είπε ο Geach, «Έχετε την περιστροφή του γαλαξία που συμβαίνει την ίδια στιγμή, η οποία είναι ένα είδος περιέλιξης του πεδίου σε πιο συνεκτική δομή».

Η ομάδα προτείνει ότι αυτό το «διπλό δυναμό» μπορεί να είναι το πώς μπορούν να σχηματιστούν διατεταγμένα μαγνητικά πεδία γαλαξιακής κλίμακας νωρίς στους νεαρούς γαλαξίες.

Ο Geach λέει ότι οι μελλοντικές μελέτες μπορούν να στοχεύουν στη χαρτογράφηση του μαγνητικού πεδίου σε υψηλότερη ανάλυση για να επιλύσουν τα διάφορα συστατικά του πεδίου και να αποκαλύψουν τη λεπτή δομή του.

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από Κόσμος Φυσικής