Polarizirani prah razkriva močno magnetno polje starodavne galaksije – Physics World

Polarizirani prah razkriva močno magnetno polje starodavne galaksije – Physics World

Časovni žig: 18. september 2023 11

Magnetna galaksija
Magnetni zemljevid: slika galaksije 9io9, ki prikazuje orientacijo njenega magnetnega polja. (Z dovoljenjem: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/J Geach et al.)

Mednarodna skupina astronomov je poročala o najbolj oddaljenem galaktičnem magnetnem polju, kar so jih kdaj opazili. Polje je pripadalo galaksiji, imenovani 9io9, ki jo vidimo takšno, kot je bila pred približno 11 milijardami let – približno 2.5 milijarde let po tem, ko je bilo vesolje ustvarjeno v velikem poku. Do odkritja so prišli s preučevanjem sevanja, ki ga oddajajo zrnca prahu, ki so bila poravnana z magnetnim poljem galaksije.

Že dolgo je znano, da imajo magnetna polja ključno vlogo pri nastajanju zvezd in galaksij. Vendar so urejena magnetna polja velikega obsega opazili le v Rimski cesti in bližnjih galaksijah.

Čeprav je bilo na to temo nekaj teoretičnega dela, ni bilo znano, kako hitro se lahko magnetna polja oblikujejo okoli mladih galaksij in tako igrajo vlogo pri njihovem prihodnjem razvoju.

Slabo razumljen

"Magnetna polja so ena tistih stvari, ki so ključne komponente v galaksijah, vendar so razmeroma slabo razumljene v primerjavi z drugimi vpletenimi procesi," pojasnjuje James Geach, z Univerze v Hertfordshiru, ki je glavni avtor članka v Narava ki opisuje odkritje.

Eden od razlogov za to slabo razumevanje je, da je odkrivanje oddaljenih magnetnih polj v mladih galaksijah tehnični izziv. Posledično so magnetna polja pogosto odsotna v mnogih modelih in simulacijah nastajanja in razvoja galaksij. "Bila je možnost, da je polje zelo šibko in ga morda ne bomo mogli zaznati," pojasnjuje Geach.

Znanstveniki so se odločili za študij 9io9, ker je to posebej svetleča galaksija, ki ima gravitacijsko lečo. Do tega leče pride, ko ogromen predmet, kot je črna luknja ali jata galaksij, ukrivi svetlobo iz galaksije, ki poteka v bližini. To ima lahko učinek povečave galaksije, kot jo vidimo na Zemlji.

Igle kompasa

Z uporabo Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) v Čilu je ekipa zaznala toplotne emisije iz prašnih zrn okoli 9io9. Zrnca prahu niso popolnoma sferična, zato se lahko poravnajo z magnetnim poljem kot igle kompasa. Ta zrna lahko absorbirajo elektromagnetno sevanje in ga ponovno oddajajo pri daljših valovnih dolžinah

Če so zrna prahu magnetno poravnana, bodo oddajala polarizirano svetlobo. Z analizo stopnje in orientacije te polarizacije je ekipa lahko sklepala o smeri in jakosti magnetnega polja v regiji, kjer so bila prašna zrna. Ugotovili so, da je poljska jakost 9io9 približno 20-krat večja od Mlečne ceste in se razteza približno 16,000 svetlobnih let čez . Ekipa je te podatke uporabila za izdelavo zemljevida magnetnega polja oddaljene galaksije.

"To kaže, da se lahko celo v razmeroma omejenem časovnem razponu od velikega poka vzpostavijo magnetna polja, podobna tistim, ki jih vidimo v bolj lokalnih galaksijah," pojasnjuje Geach.

Rainer Beck je strokovnjak za galaktična magnetna polja, ki se je leta 2018 upokojil na Inštitutu Max-Planck za radioastronomijo. Svet fizike da ga je poljska jakost 9io9 presenetila: “To je res neverjetno in je nekaj, kar pove, da so magnetne sile že zelo, zelo pomembne v zelo zgodnjem vesolju”.

Pogled nazaj v čas

Beck dodaja, da 9io9 predstavlja "ogromen skok" v našem razumevanju magnetnih polj starejših galaksij. "Do zdaj smo imeli le nekaj znakov urejenih polj do rdečega premika 0.4, toda to je rdeči premik 2.6."

Rdeči premik se nanaša na stopnjo, do katere je bila valovna dolžina svetlobe iz galaksije raztegnjena zaradi nenehnega širjenja vesolja – pri čemer višji rdeči premiki ustrezajo starejšim in bolj oddaljenim objektom.

Kot smo opazili, je galaksija 9io9 še vedno v povojih in se nahaja v zgodnjem vesolju. Posledično je še vedno bogato s turbulentnimi ioniziranimi plini, ki se niso zrušili, da bi oblikovali zvezde, in raziskovalci so razvili teorijo o tem, kako je ta turbulenca povezana z magnetnim poljem.

Turbulentno gibanje

Galaksija je oblikovana kot disk, ki se hitro vrti. Vsebuje tudi turbulentno gibanje iz zvezdnih povratnih informacij, ki se nanaša na fizične procese zvezd, ki lahko oblikujejo svoje okolje. To vključuje zvezdne vetrove, ki so curki nabitih delcev, ki izstrelijo iz zvezd.

»Menimo, da je tisto intenzivno nastajanje zvezd tisto, ki razburka plin, ki je sprva okrepilo magnetno polje,« je dejal Geach. »Imate rotacijo galaksije, ki se zgodi istočasno, kar je nekakšno zvijanje polja v bolj koherentno strukturo."

Ekipa nakazuje, da je ta "dvojni dinamo" morda način, kako se lahko urejena magnetna polja galaktičnega obsega oblikujejo zgodaj v mladih galaksijah.

Geach pravi, da si lahko prihodnje študije prizadevajo za preslikavo magnetnega polja v višji ločljivosti, da bi razrešili različne komponente polja in razkrili njegovo fino strukturo.

Časovni žig:

Več od Svet fizike