Spolaryzowany pył ujawnia silne pole magnetyczne starożytnej galaktyki – Świat Fizyki

Spolaryzowany pył ujawnia silne pole magnetyczne starożytnej galaktyki – Świat Fizyki

Znacznik czasu: 18 września 2023 11:43

Galaktyka magnetyczna
Mapa magnetyczna: obraz galaktyki 9io9 pokazujący orientację jej pola magnetycznego. (Dzięki uprzejmości: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/J Geach i in.)

Międzynarodowy zespół astronomów odkrył najbardziej odległe galaktyczne pole magnetyczne, jakie kiedykolwiek zaobserwowano. Pole to należało do galaktyki zwanej 9io9, którą widzimy taką, jaka była około 11 miliardów lat temu – około 2.5 miliarda lat po stworzeniu wszechświata w Wielkim Wybuchu. Odkrycia dokonano poprzez badanie promieniowania emitowanego przez ziarna pyłu ułożone w linii przez pole magnetyczne galaktyki.

Od dawna wiadomo, że pola magnetyczne odgrywają kluczową rolę w powstawaniu gwiazd i galaktyk. Jednakże uporządkowane pola magnetyczne na dużą skalę zaobserwowano jedynie w Drodze Mlecznej i pobliskich galaktykach.

Chociaż przeprowadzono pewne prace teoretyczne na ten temat, nie było wiadomo, jak szybko pola magnetyczne mogą tworzyć się wokół młodych galaktyk i tym samym odgrywać rolę w ich przyszłej ewolucji.

Słabo zrozumiany

„Pola magnetyczne to jedna z tych rzeczy, które są kluczowymi składnikami galaktyk, ale są stosunkowo słabo poznane w porównaniu z innymi zachodzącymi w nich procesami” – wyjaśnia Jamesa Geachaz Uniwersytetu Hertfordshire, który jest głównym autorem artykułu w Natura który opisuje odkrycie.

Jednym z powodów tego słabego zrozumienia jest fakt, że wykrywanie odległych pól magnetycznych w młodych galaktykach stanowi wyzwanie techniczne. W rezultacie w wielu modelach i symulacjach powstawania i ewolucji galaktyk często nie ma pól magnetycznych. „Istniało ryzyko, że pole może być bardzo słabe i możemy nie być w stanie go wykryć” – wyjaśnia Geach.

Naukowcy zdecydowali się zbadać 9io9, ponieważ jest to szczególnie jasna galaktyka soczewkowana grawitacyjnie. Soczewkowanie to ma miejsce, gdy masywny obiekt, taki jak czarna dziura lub gromada galaktyk, załamuje światło przechodzącej w pobliżu galaktyki. Może to skutkować powiększeniem galaktyki widzianej na Ziemi.

Igły kompasu

Korzystając z Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) w Chile, zespół wykrył emisję termiczną z ziaren pyłu w okolicach 9io9. Ziarna pyłu nie są idealnie kuliste, więc mogą ustawiać się w polu magnetycznym jak igły kompasu. Ziarna te mogą absorbować promieniowanie elektromagnetyczne i ponownie emitować je na dłuższych falach

Jeśli ziarna pyłu zostaną ustawione magnetycznie, będą emitować światło spolaryzowane. Analizując stopień i orientację tej polaryzacji, zespół mógł wywnioskować kierunek i siłę pola magnetycznego w obszarze, w którym znajdowały się ziarna pyłu. Odkryli, że siła pola 9io9 jest około 20 razy większa od siły pola Drogi Mlecznej i rozciąga się na około 16,000 XNUMX lat świetlnych. Zespół wykorzystał te dane do stworzenia mapy pola magnetycznego odległej galaktyki.

„To pokazuje, że nawet w stosunkowo krótkim czasie od Wielkiego Wybuchu można wytworzyć pola magnetyczne podobne do tych, które widzimy w większej liczbie lokalnych galaktyk” – wyjaśnia Geach.

Rainera Becka jest ekspertem od galaktycznych pól magnetycznych, który w 2018 r. przeszedł na emeryturę w Instytucie Radioastronomii Maxa-Plancka. Powiedział Świat Fizyki że był zaskoczony siłą pola 9io9: „To naprawdę niesamowite i świadczy o tym, że siły magnetyczne są już bardzo, bardzo ważne we wczesnym wszechświecie”.

Spoglądając wstecz w czasie

Beck dodaje, że 9io9 stanowi „ogromny skok” w naszym rozumieniu pól magnetycznych starszych galaktyk. „Do tej pory mieliśmy jedynie pewne wskazania uporządkowanych pól o przesunięciu ku czerwieni wynoszącym 0.4, ale tutaj jest to przesunięcie ku czerwieni wynoszące 2.6”.

Przesunięcie ku czerwieni odnosi się do stopnia, w jakim długość fali światła pochodzącego z galaktyki została rozciągnięta w wyniku ciągłej ekspansji Wszechświata – przy czym wyższe przesunięcia ku czerwieni odpowiadają starszym i bardziej odległym obiektom.

Jak zaobserwowano, galaktyka 9io9 jest wciąż w powijakach i znajduje się we wczesnym wszechświecie. W rezultacie jest nadal bogata w turbulentne zjonizowane gazy, które nie zapadły się, tworząc gwiazdy, a naukowcy opracowali teorię dotyczącą powiązania tych turbulencji z polem magnetycznym.

Ruch burzliwy

Galaktyka ma kształt dysku, który szybko się obraca. Zawiera także ruch turbulentny wynikający z gwiazdowego sprzężenia zwrotnego, które odnosi się do procesów fizycznych zachodzących w gwiazdach, które mogą kształtować swoje otoczenie. Obejmuje to wiatry gwiazdowe, które są strumieniami naładowanych cząstek wystrzeliwanych z gwiazd.

„Uważamy, że to intensywne powstawanie gwiazd powoduje wzburzenie gazu, który początkowo wzmocnił pole magnetyczne” – powiedział Geach. „W tym samym czasie następuje rotacja galaktyki, co w pewnym sensie zwija pole w bardziej spójną strukturę.”

Zespół sugeruje, że to „podwójne dynamo” może być przyczyną powstawania uporządkowanych pól magnetycznych w skali galaktycznej na początku młodych galaktyk.

Geach twierdzi, że przyszłe badania mogą mieć na celu zmapowanie pola magnetycznego w wyższej rozdzielczości, aby rozróżnić różne składowe pola i ujawnić jego delikatną strukturę.

Znak czasu:

Więcej z Świat Fizyki