Bụi phân cực tiết lộ từ trường mạnh của thiên hà cổ đại

Bụi phân cực tiết lộ từ trường mạnh của thiên hà cổ đại

Dấu thời gian: Ngày 18 tháng 2023 năm 11 43:XNUMX AM

Thiên hà từ tính
Bản đồ từ tính: hình ảnh thiên hà 9io9 thể hiện hướng từ trường của nó. (Được phép: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/J Geach và cộng sự.)

Từ trường thiên hà xa nhất từng được quan sát đã được báo cáo bởi một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế. Cánh đồng này thuộc về thiên hà có tên 9io9, mà chúng ta thấy cách đây khoảng 11 tỷ năm – khoảng 2.5 tỷ năm sau khi vũ trụ được tạo ra trong Vụ nổ lớn. Khám phá này được thực hiện bằng cách nghiên cứu bức xạ phát ra từ các hạt bụi được định hướng bởi từ trường của thiên hà.

Từ trường từ lâu đã được biết là có vai trò quan trọng trong sự hình thành các ngôi sao và thiên hà. Tuy nhiên, từ trường trật tự quy mô lớn chỉ được quan sát thấy trong Dải Ngân hà và các thiên hà lân cận.

Mặc dù đã có một số công trình lý thuyết về chủ đề này nhưng người ta vẫn chưa biết từ trường có thể hình thành nhanh như thế nào xung quanh các thiên hà trẻ và do đó đóng vai trò trong quá trình tiến hóa trong tương lai của chúng.

Hiểu kém

“Từ trường là một trong những thành phần quan trọng trong các thiên hà nhưng được hiểu tương đối kém so với các quá trình khác có liên quan,” giải thích. James Geach, từ Đại học Hertfordshire, tác giả chính của một bài báo trong Thiên nhiên mô tả sự khám phá.

Một lý do giải thích cho sự hiểu biết kém cỏi này là việc phát hiện từ trường xa xôi trong các thiên hà trẻ là một thách thức kỹ thuật. Kết quả là từ trường thường vắng mặt trong nhiều mô hình và mô phỏng về sự hình thành và tiến hóa của thiên hà. Geach giải thích: “Có khả năng trường này rất mờ và chúng tôi có thể không phát hiện được nó”.

Các nhà khoa học chọn nghiên cứu 9io9 vì đây là một thiên hà đặc biệt sáng và có thấu kính hấp dẫn. Sự thấu kính này xảy ra khi một vật thể lớn, như lỗ đen hoặc cụm thiên hà, bẻ cong ánh sáng từ thiên hà đi qua gần đó. Điều này có thể có tác dụng phóng đại thiên hà như nó được nhìn thấy trên Trái đất.

Kim la bàn

Sử dụng Mảng milimét/dưới milimét lớn Atacama (ALMA) ở Chile, nhóm nghiên cứu đã phát hiện sự phát nhiệt từ các hạt bụi xung quanh 9io9. Các hạt bụi không có hình cầu hoàn hảo nên chúng có thể thẳng hàng với từ trường giống như kim la bàn. Những hạt này có thể hấp thụ bức xạ điện từ và phát lại ở bước sóng dài hơn

Nếu các hạt bụi được sắp xếp theo từ tính, chúng sẽ phát ra ánh sáng phân cực. Bằng cách phân tích mức độ và hướng của sự phân cực này, đội nghiên cứu có thể suy ra hướng và cường độ của từ trường trong vùng có các hạt bụi. Họ phát hiện ra rằng cường độ trường của 9io9 gấp khoảng 20 lần so với Dải Ngân hà và trải dài khoảng 16,000 năm ánh sáng. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng những dữ liệu này để tạo ra bản đồ từ trường của thiên hà xa xôi.

Geach giải thích: “Điều này cho thấy ngay cả trong một khoảng thời gian tương đối hạn chế kể từ Vụ nổ lớn, từ trường giống như những gì chúng ta thấy ở nhiều thiên hà địa phương hơn có thể được thiết lập”.

Rainer Beck là một chuyên gia về từ trường thiên hà, người đã nghỉ hưu tại Viện Thiên văn vô tuyến Max-Planck vào năm 2018. Ông nói Thế giới vật lý rằng anh ấy rất ngạc nhiên trước cường độ trường của 9io9: “Nó thực sự đáng kinh ngạc, và đó là điều nói lên rằng lực từ đã rất, rất quan trọng trong vũ trụ sơ khai”.

Nhìn ngược thời gian

Beck cho biết thêm rằng 9io9 thể hiện một “bước nhảy vọt lớn” trong hiểu biết của chúng ta về từ trường của các thiên hà già hơn. “Cho đến nay, chúng tôi chỉ có một số dấu hiệu về các trường được sắp xếp có độ dịch chuyển đỏ lên tới 0.4, nhưng đây là độ dịch chuyển đỏ là 2.6.”

Dịch chuyển đỏ đề cập đến mức độ mà bước sóng ánh sáng từ thiên hà bị kéo dài do sự giãn nở liên tục của vũ trụ – với độ dịch chuyển đỏ cao hơn tương ứng với các vật thể già hơn và ở xa hơn.

Theo quan sát, thiên hà 9io9 vẫn còn ở giai đoạn sơ khai và nằm trong vũ trụ sơ khai. Kết quả là, nó vẫn còn giàu khí ion hóa hỗn loạn chưa sụp đổ để hình thành sao, và các nhà nghiên cứu đã phát triển một lý thuyết về mối liên hệ giữa sự hỗn loạn này với từ trường.

Chuyển động hỗn loạn

Thiên hà có hình dạng như một chiếc đĩa quay nhanh. Nó cũng chứa chuyển động hỗn loạn từ phản hồi của sao, đề cập đến các quá trình vật lý của các ngôi sao có thể định hình môi trường của chúng. Điều này bao gồm gió sao, là những tia hạt mang điện bắn ra từ các ngôi sao.

Geach cho biết: “Chúng tôi nghĩ rằng chính sự hình thành sao mãnh liệt đó đang khuấy động chất khí ban đầu đã khuếch đại từ trường”. “Bạn có sự quay của thiên hà xảy ra cùng lúc, điều này giống như cuộn từ trường thành một cấu trúc mạch lạc hơn.”

Nhóm nghiên cứu cho rằng “máy phát điện kép” này có thể là cách mà từ trường có trật tự ở quy mô thiên hà có thể hình thành sớm ở các thiên hà trẻ.

Geach cho biết các nghiên cứu trong tương lai có thể nhằm mục đích lập bản đồ từ trường ở độ phân giải cao hơn để phân giải các thành phần khác nhau của trường và khám phá cấu trúc tinh vi của nó.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý