ฝุ่นโพลาไรซ์เผยสนามแม่เหล็กแรงสูงของกาแล็กซีโบราณ - โลกฟิสิกส์

ฝุ่นโพลาไรซ์เผยสนามแม่เหล็กแรงสูงของกาแล็กซีโบราณ - โลกฟิสิกส์

ประทับเวลา: 18 กันยายน 2023 11:43 น.

กาแล็กซีแม่เหล็ก
แผนที่แม่เหล็ก: รูปภาพของกาแลคซี 9io9 แสดงการวางแนวของสนามแม่เหล็ก (เอื้อเฟื้อโดย: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/J Geach และคณะ)

ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติรายงานสนามแม่เหล็กกาแลคซีที่อยู่ห่างไกลที่สุดเท่าที่เคยพบเห็นมา สนามนี้เป็นของกาแลคซีชื่อ 9io9 ซึ่งเราเห็นเมื่อประมาณ 11 พันล้านปีก่อน – ประมาณ 2.5 พันล้านปีหลังจากจักรวาลถูกสร้างขึ้นในบิ๊กแบง การค้นพบนี้เกิดจากการศึกษารังสีที่ปล่อยออกมาจากเม็ดฝุ่นซึ่งอยู่ในแนวเดียวกับสนามแม่เหล็กของกาแลคซี

เป็นที่ทราบกันมานานแล้วว่าสนามแม่เหล็กมีบทบาทสำคัญในการก่อตัวของดาวฤกษ์และกาแลคซี อย่างไรก็ตาม มีการสังเกตสนามแม่เหล็กขนาดใหญ่ตามลำดับทางช้างเผือกและกาแลคซีใกล้เคียงเท่านั้น

แม้ว่าจะมีงานวิจัยทางทฤษฎีเกี่ยวกับเรื่องนี้ แต่ก็ยังไม่ทราบว่าสนามแม่เหล็กสามารถก่อตัวรอบๆ กาแลคซีอายุน้อยได้เร็วแค่ไหน และด้วยเหตุนี้จึงมีบทบาทในวิวัฒนาการในอนาคต

เข้าใจได้ไม่ดี

“สนามแม่เหล็กเป็นหนึ่งในสิ่งเหล่านี้ที่เป็นองค์ประกอบสำคัญในกาแลคซีแต่ยังไม่ค่อยเข้าใจ เมื่อเทียบกับกระบวนการอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง” อธิบาย เจมส์ เกชจากมหาวิทยาลัยฮาร์ตฟอร์ดเชียร์ ซึ่งเป็นผู้เขียนบทความเรื่องดังกล่าว ธรรมชาติ ที่อธิบายถึงการค้นพบนี้

เหตุผลหนึ่งที่ทำให้เกิดความเข้าใจที่ไม่ดีก็คือ การตรวจจับสนามแม่เหล็กระยะไกลในกาแลคซีอายุน้อยถือเป็นความท้าทายทางเทคนิค ผลก็คือสนามแม่เหล็กมักจะขาดหายไปในแบบจำลองและการจำลองการกำเนิดและวิวัฒนาการของกาแลคซีจำนวนมาก “มีโอกาสที่สนามอาจจะสลัวมาก และเราอาจไม่สามารถตรวจจับมันได้” Geach อธิบาย

นักวิทยาศาสตร์เลือกศึกษา 9io9 เนื่องจากเป็นดาราจักรที่ส่องสว่างเป็นพิเศษซึ่งถูกเลนส์ด้วยแรงโน้มถ่วง เลนส์นี้เกิดขึ้นเมื่อวัตถุขนาดใหญ่ เช่น หลุมดำหรือกระจุกกาแลคซี หักเหแสงจากกาแลคซีที่ผ่านบริเวณใกล้เคียง สิ่งนี้สามารถส่งผลต่อการขยายกาแลคซีตามที่เห็นบนโลก

เข็มเข็มทิศ

ทีมงานใช้ระบบ Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) ในชิลี ตรวจพบการปล่อยความร้อนจากเม็ดฝุ่นประมาณ 9io9 เม็ดฝุ่นไม่ได้มีลักษณะเป็นทรงกลมอย่างสมบูรณ์ ดังนั้นจึงสามารถปรับแนวกับสนามแม่เหล็กได้เหมือนกับเข็มเข็มทิศ ธัญพืชเหล่านี้สามารถดูดซับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าและปล่อยออกมาอีกครั้งที่ความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น

หากเม็ดฝุ่นอยู่ในแนวแม่เหล็ก ก็จะปล่อยแสงโพลาไรซ์ออกมา ด้วยการวิเคราะห์ระดับและการวางแนวของโพลาไรเซชันนี้ ทีมงานสามารถอนุมานทิศทางและความแรงของสนามแม่เหล็กในบริเวณที่มีเม็ดฝุ่นอยู่ได้ พวกเขาพบว่าความแรงของสนามแม่เหล็ก 9io9 นั้นประมาณ 20 เท่าของทางช้างเผือกและขยายออกไปประมาณ 16,000 ปีแสง ทีมงานใช้ข้อมูลเหล่านี้เพื่อสร้างแผนที่สนามแม่เหล็กของกาแลคซีอันห่างไกล

“นี่แสดงให้เห็นว่าแม้ในช่วงเวลาที่ค่อนข้างจำกัดจากบิ๊กแบง สนามแม่เหล็กแบบที่เราเห็นในกาแลคซีท้องถิ่นอื่นๆ ก็สามารถสร้างขึ้นมาได้” Geach อธิบาย

ไรเนอร์ เบ็ค เป็นผู้เชี่ยวชาญด้านสนามแม่เหล็กดาราจักร ซึ่งเกษียณจากสถาบันมักซ์-พลังค์ด้านรังสีดาราศาสตร์เมื่อปี พ.ศ. 2018 เขาเล่าว่า โลกฟิสิกส์ ว่าเขาประหลาดใจกับความแข็งแกร่งของสนามแม่เหล็ก 9io9: “มันน่าทึ่งจริงๆ และเป็นสิ่งที่บอกว่าแรงแม่เหล็กมีความสำคัญมากอยู่แล้วในเอกภพยุคแรกๆ”

เมื่อมองย้อนเวลากลับไป

เบ็คเสริมว่า 9io9 แสดงถึง "การก้าวกระโดดครั้งใหญ่" ในความเข้าใจของเราเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กของกาแลคซีเก่าๆ “จนถึงตอนนี้ เรามีเพียงข้อบ่งชี้บางประการของฟิลด์ที่เรียงลำดับจนถึง redshift ที่ 0.4 แต่นี่คือ redshift ที่ 2.6”

เรดชิฟต์หมายถึงระดับที่ความยาวคลื่นของแสงจากกาแลคซีถูกยืดออกโดยการขยายตัวอย่างต่อเนื่องของเอกภพ โดยมีเรดชิฟต์ที่สูงขึ้นซึ่งสอดคล้องกับวัตถุที่มีอายุมากกว่าและอยู่ห่างไกลมากขึ้น

ตามที่สังเกต กาแล็กซี 9io9 ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นและตั้งอยู่ในจักรวาลยุคแรกเริ่ม ผลก็คือ มันยังคงอุดมไปด้วยก๊าซไอออไนซ์ปั่นป่วนที่ยังไม่ยุบตัวเป็นดาวฤกษ์ และนักวิจัยได้พัฒนาทฤษฎีว่าความปั่นป่วนนี้เกี่ยวข้องกับสนามแม่เหล็กอย่างไร

การเคลื่อนไหวที่ปั่นป่วน

กาแลคซีมีรูปร่างเหมือนจานหมุนเร็ว นอกจากนี้ยังมีการเคลื่อนที่แบบปั่นป่วนจากการตอบรับของดาวฤกษ์ ซึ่งหมายถึงกระบวนการทางกายภาพของดาวฤกษ์ที่สามารถสร้างสภาพแวดล้อมได้ ซึ่งรวมถึงลมดาวฤกษ์ซึ่งเป็นไอพ่นของอนุภาคมีประจุที่พุ่งออกมาจากดวงดาว

“เราคิดว่าการก่อตัวดาวฤกษ์ที่รุนแรงนั่นเองที่ทำให้ก๊าซปั่นป่วนจนทำให้สนามแม่เหล็กขยายตัวในตอนแรก” Geach กล่าว “คุณทำให้ดาราจักรหมุนรอบตัวเองในเวลาเดียวกัน ซึ่งเหมือนกับการม้วนสนามแม่เหล็กให้กลายเป็น โครงสร้างที่สอดคล้องกันมากขึ้น”

ทีมงานแนะนำว่า "ไดนาโมคู่" นี้อาจเป็นวิธีที่สนามแม่เหล็กตามขนาดกาแลคซีสามารถก่อตัวได้ในช่วงต้นของกาแลคซีอายุน้อย

Geach กล่าวว่าการศึกษาในอนาคตสามารถมุ่งเป้าไปที่การทำแผนที่สนามแม่เหล็กด้วยความละเอียดสูงกว่าเพื่อแก้ไของค์ประกอบต่างๆ ของสนามแม่เหล็กและเปิดเผยโครงสร้างที่ละเอียดของมัน

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์