Polarisert støv avslører et sterkt magnetfelt i den eldgamle galaksen – Physics World

Polarisert støv avslører et sterkt magnetfelt i den eldgamle galaksen – Physics World

Tidsstempel: 18. september 2023 11

Magnetisk galakse
Magnetisk kart: bilde av galaksen 9io9 som viser orienteringen til magnetfeltet. (Med tillatelse: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/J Geach et al.)

Det fjerneste galaktiske magnetfeltet som noen gang er observert er rapportert av et internasjonalt team av astronomer. Feltet tilhørte en galakse kalt 9io9, som vi ser slik det var for omtrent 11 milliarder år siden – omtrent 2.5 milliarder år etter at universet ble skapt i Big Bang. Oppdagelsen ble gjort ved å studere stråling som sendes ut av støvkorn som ble justert av galaksens magnetfelt.

Magnetiske felt har lenge vært kjent for å spille en nøkkelrolle i dannelsen av stjerner og galakser. Imidlertid har storskala ordnede magnetiske felt bare blitt observert i Melkeveien og nærliggende galakser.

Selv om det har vært noe teoretisk arbeid om emnet, hadde det ikke vært kjent hvor raskt magnetiske felt kunne dannes rundt unge galakser og dermed spille en rolle i deres fremtidige utvikling.

Dårlig forstått

"Magnetiske felt er en av de tingene som er nøkkelkomponenter i galakser, men som er relativt dårlig forstått, sammenlignet med andre involverte prosesser," forklarer James Geach, fra University of Hertfordshire, som er hovedforfatter av en artikkel i Natur som beskriver funnet.

En grunn til denne dårlige forståelsen er at det er en teknisk utfordring å oppdage fjerne magnetiske felt i unge galakser. Som et resultat har magnetiske felt ofte vært fraværende i mange modeller og simuleringer av galaksedannelse og evolusjon. "Det var en sjanse for at feltet kan være veldig svakt, og vi kan kanskje ikke oppdage det," forklarer Geach.

Forskerne valgte å studere 9io9 fordi det er en spesielt lysende galakse som er gravitasjonslinser. Denne linsedannelsen skjer når et massivt objekt, som et sort hull eller en galaksehop, bøyer lys fra galaksen som passerer i nærheten. Dette kan ha effekten av å forstørre galaksen slik den sees på jorden.

Kompassnåler

Ved å bruke Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) i Chile, oppdaget teamet termiske utslipp fra støvkorn rundt 9io9. Støvkorn er ikke perfekt sfæriske, så de kan justeres til et magnetfelt som kompassnåler. Disse kornene kan absorbere elektromagnetisk stråling og sende den ut på nytt ved lengre bølgelengder

Hvis støvkornene er magnetisk justert, vil de sende ut polarisert lys. Ved å analysere graden og orienteringen av denne polarisasjonen, kunne teamet utlede retningen og styrken til magnetfeltet i området der støvkornene var lokalisert. De fant at 9io9s feltstyrke er omtrent 20 ganger så stor som Melkeveien og strekker seg rundt 16,000 XNUMX lysår på tvers. Teamet brukte disse dataene til å lage et magnetfeltkart over den fjerne galaksen.

"Dette viser at selv innenfor et relativt begrenset tidsrom fra Big Bang, kan magnetiske felt som de vi ser i flere lokale galakser etableres," forklarer Geach.

Rainer Beck er ekspert på galaktiske magnetfelt, som trakk seg fra Max-Planck Institute for Radioastronomy i 2018. Han fortalte Fysikkens verden at han ble overrasket over 9io9s feltstyrke: "Det er virkelig fantastisk, og det er noe som sier at magnetiske krefter allerede er veldig, veldig viktige i det tidlige universet".

Ser tilbake i tid

Beck legger til at 9io9 representerer et "enormt hopp" i vår forståelse av magnetfeltene til eldre galakser. "Til nå har vi bare hatt en viss indikasjon på ordnede felt opp til en rødforskyvning på 0.4, men dette er en rødforskyvning på 2.6."

Rødforskyvning refererer til i hvilken grad bølgelengden til lyset fra galaksen har blitt strukket av den pågående utvidelsen av universet – med høyere rødforskyvninger som tilsvarer eldre og fjernere objekter.

Som observert er galaksen 9io9 en fortsatt i sin spede begynnelse og befinner seg i det tidlige universet. Som et resultat er den fortsatt rik på turbulente ioniserte gasser som ikke har kollapset for å danne stjerner, og forskerne har utviklet en teori om hvordan denne turbulensen er relatert til magnetfeltet.

Turbulent bevegelse

Galaksen er formet som en skive som roterer raskt. Den inneholder også turbulent bevegelse fra stjerners tilbakemelding, som refererer til de fysiske prosessene til stjerner som kan forme miljøet deres. Dette inkluderer stjernevind, som er stråler av ladede partikler som skyter ut av stjerner.

"Vi tror at det er den intense stjerneformasjonen som kjerner opp gassen som i utgangspunktet har forsterket magnetfeltet," sa Geach, "Du har rotasjonen av galaksen som skjer samtidig, som på en måte vikler opp feltet til en mer sammenhengende struktur."

Teamet antyder at denne "doble dynamoen" kan være hvordan ordnede magnetiske felt i galaktisk skala kan dannes tidlig i unge galakser.

Geach sier at fremtidige studier kan ta sikte på å kartlegge magnetfeltet i høyere oppløsning for å løse de forskjellige komponentene i feltet og avsløre dets fine struktur.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden