Polarisoitunut pöly paljastaa muinaisen galaksin – Physics Worldin – vahvan magneettikentän

Polarisoitunut pöly paljastaa muinaisen galaksin – Physics Worldin – vahvan magneettikentän

Aikaleima: 18. syyskuuta 2023 11

Magneettinen galaksi
Magneettinen kartta: kuva galaksista 9io9, joka näyttää sen magneettikentän suunnan. (Kohtelias: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/J Geach et al.)

Kansainvälinen tähtitieteilijäryhmä on raportoinut kaukaisimman koskaan havaitun galaktisen magneettikentän. Kenttä kuului galaksille nimeltä 9io9, jonka näemme sellaisena kuin se oli noin 11 miljardia vuotta sitten – noin 2.5 miljardia vuotta maailmankaikkeuden syntymisen jälkeen alkuräjähdyksessä. Löytö tehtiin tutkimalla galaksin magneettikentän kohdistamien pölyrakeiden lähettämää säteilyä.

Magneettikentillä on pitkään tiedetty olevan keskeinen rooli tähtien ja galaksien muodostumisessa. Suuren mittakaavan järjestettyjä magneettikenttiä on kuitenkin havaittu vain Linnunradalla ja sen lähellä olevissa galakseissa.

Vaikka aiheesta on tehty jonkin verran teoreettista työtä, ei ollut tiedossa, kuinka nopeasti magneettikentät voivat muodostua nuorten galaksien ympärille ja siten vaikuttaa niiden tulevaan kehitykseen.

Huonosti ymmärretty

"Magneettiset kentät ovat yksi niistä asioista, jotka ovat avainkomponentteja galakseissa, mutta joita ymmärretään suhteellisen huonosti verrattuna muihin prosesseihin", selittää. James Geach, Hertfordshiren yliopistosta, joka on johtava kirjoittaja artikkelissa luonto joka kuvaa löytöä.

Yksi syy tähän huonoon ymmärrykseen on se, että kaukaisten magneettikenttien havaitseminen nuorissa galakseissa on tekninen haaste. Tämän seurauksena magneettikentät ovat usein puuttuneet monista galaksien muodostumisen ja evoluution malleista ja simulaatioista. "Oli mahdollista, että kenttä voi olla hyvin heikko, emmekä ehkä pysty havaitsemaan sitä", Geach selittää.

Tiedemiehet päättivät tutkia 9io9:ää, koska se on erityisen valovoimainen galaksi, joka on gravitaatiolinssi. Tämä linssointi tapahtuu, kun massiivinen esine, kuten musta aukko tai galaksijoukko, taivuttaa valoa lähellä kulkevasta galaksista. Tämä voi suurentaa galaksia sellaisena kuin se näkyy maan päällä.

Kompassin neulat

Chilessä sijaitsevan Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) -järjestelmän avulla tiimi havaitsi pölyrakeiden lämpöpäästöjä noin 9o9. Pölyrakeet eivät ole täysin pallomaisia, joten ne voivat kohdistua magneettikenttään, kuten kompassin neulat. Nämä rakeet voivat absorboida sähkömagneettista säteilyä ja lähettää sen uudelleen pidemmillä aallonpituuksilla

Jos pölyrakeet ovat magneettisesti kohdakkain, ne lähettävät polarisoitua valoa. Analysoimalla tämän polarisaation astetta ja suuntausta ryhmä saattoi päätellä magneettikentän suunnan ja voimakkuuden alueella, jossa pölyrakeita sijaitsi. He havaitsivat, että 9io9:n kentänvoimakkuus on noin 20 kertaa Linnunradan kentänvoimakkuus ja ulottuu noin 16,000 XNUMX valovuotta. Ryhmä käytti näitä tietoja luodakseen kaukaisen galaksin magneettikenttäkartan.

"Tämä osoittaa, että jopa suhteellisen rajoitetun ajan kuluessa alkuräjähdyksestä voidaan muodostaa magneettikenttiä, kuten ne, joita näemme paikallisemmissa galakseissa", Geach selittää.

Rainer Beck on galaktisten magneettikenttien asiantuntija, joka jäi eläkkeelle Max-Planck Institute for Radioastronomysta vuonna 2018. Hän kertoi Fysiikan maailma että hän yllättyi 9io9:n kenttävoimakkuudesta: "Se on todella hämmästyttävää, ja se on jotain, joka sanoo, että magneettiset voimat ovat jo erittäin, erittäin tärkeitä hyvin varhaisessa universumissa".

Katse ajassa taaksepäin

Beck lisää, että tuo 9io9 edustaa "valtavaa hyppyä" ymmärtämisessämme vanhempien galaksien magneettikentistä. "Tähän asti meillä on ollut vain joitain viitteitä järjestetyistä kentistä punasiirtymään 0.4 asti, mutta tämä on punasiirtymä 2.6."

Punasiirtymä viittaa siihen, kuinka paljon galaksista tulevan valon aallonpituutta on venytetty universumin jatkuvan laajenemisen vuoksi – korkeammat punasiirtymät vastaavat vanhempia ja kauempana olevia kohteita.

Kuten havaittiin, galaksi 9io9 on vielä lapsenkengissään ja sijaitsee varhaisessa universumissa. Tämän seurauksena se on edelleen runsaasti turbulentteja ionisoituja kaasuja, jotka eivät ole romahtaneet muodostaen tähtiä, ja tutkijat ovat kehittäneet teorian siitä, kuinka tämä turbulenssi liittyy magneettikenttään.

Turbulentti liike

Galaksi on nopeasti pyörivän kiekon muotoinen. Se sisältää myös pyörteistä liikettä tähtien palautteesta, joka viittaa tähtien fysikaalisiin prosesseihin, jotka voivat muokata ympäristöään. Tämä sisältää tähtituulet, jotka ovat varautuneiden hiukkasten suihkuja, jotka ampuvat ulos tähdistä.

"Uskomme, että se intensiivinen tähtienmuodostus sekoittelee kaasua, joka on alun perin vahvistanut magneettikenttää", sanoi Geach. "Sinulla tapahtuu galaksin kiertokulkua samaan aikaan, mikä on tavallaan katkaisee kentän yhtenäisempi rakenne."

Tiimi ehdottaa, että tämä "kaksoisdynamo" voi olla se, miten galaktisen mittakaavan järjestetyt magneettikentät voivat muodostua varhaisessa vaiheessa nuorissa galakseissa.

Geach sanoo, että tulevissa tutkimuksissa voidaan pyrkiä kartoittamaan magneettikenttä korkeammalla resoluutiolla kentän eri komponenttien ratkaisemiseksi ja sen hienon rakenteen paljastamiseksi.

Aikaleima:

Lisää aiheesta Fysiikan maailma