Че спиралните галактики имат магнитни полета е известно от повече от половин век (и прогнозите, че те би трябвало да съществуват преди да бъдат открити от няколко години), а магнитните полета на някои галактики са картографирани много подробно.
Но как станаха тези магнитни полета, за да имат характеристиките, които ние наблюдаваме? И как те упорстват?
Скорошен документ на британските астрономи Стас Шабала, Джеймс Мийд и Пол Александър може да съдържа отговори на тези въпроси, като четири физически процеса играят ключова роля: попадане на хладен газ върху диска, обратна връзка на свръхновите (тези двама увеличават магнитохидродинамичната турбулентност), образуване на звезди (това премахва газ и следователно турбулентна енергия от студения газ) и диференциално галактическо въртене (това непрекъснато прехвърля енергията на полето от непоследователното произволно поле в подредено поле). Необходим е обаче поне още един ключов процес, тъй като моделите на астрономите не са в съответствие с наблюдаваните полета на масивни спирални галактики.
„Радио синхротронното излъчване на високоенергийни електрони в междузвездната среда (ISM) показва наличието на магнитни полета в галактиките. Ротационните мерки (RM) на фоновите поляризирани източници показват две разновидности на полето: произволно поле, което не е кохерентно на скали, по-големи от турбулентността на ISM; и спирално подредено поле, което показва мащабна съгласуваност “, пишат авторите. „За типична галактика тези полета имат сили от няколко μG. В галактика като М51 се наблюдава, че кохерентното магнитно поле е свързано с оптичните спирални рамена. Такива полета са важни за формирането на звезди и физиката на космическите лъчи и биха могли да окажат влияние върху еволюцията на галактиката, но въпреки важността им, въпросите за произхода им, еволюцията и структурата остават до голяма степен нерешени.
Това поле в астрофизиката постига бърз прогрес, като разбирането за това как се генерира случайното поле е станало достатъчно добре установено едва през последното десетилетие или така (генерирано от турбулентност в ISM, моделирана като еднофазна магнитохидродинамика (MHD)) течност, в рамките на която линиите на магнитното поле са замразени). От друга страна, производството на мащабното поле чрез навиване на случайните полета в спирала чрез диференциално въртене (динамо) е известно много по-дълго.
Подробностите за това, как подреденото поле в спирали се е формирало, както самите галактики са се образували - в рамките на няколкостотин милиона години след отделянето на барионната материя и радиацията (които породиха космическия микровълнов фон, който виждаме днес) - стават ясни, макар и тестващи тези хипотези все още не са възможни, наблюдателно (много малко галактики с високо червено изместване са проучени в оптичния и NIR период, камо ли да са детайлирали подробно техните магнитни полета).
„Представяме първия (доколкото ни е известно) опит да включим магнитните полета в модела на самосъгласуваното формиране и еволюция на галактиката. Предвиждат се редица свойства на галактиката и ние ги сравняваме с наличните данни “, казват Шабала, Мид и Александър. Те започват с аналитичен модел за формиране и еволюция на галактики, който „проследява охлаждането на газ, образуването на звезди и различни процеси за обратна връзка в космологичен контекст. Моделът едновременно възпроизвежда локалните свойства на галактиката, историята на образуване на звезди във Вселената, еволюцията на функцията на звездна маса до z ~ 1,5 и ранното изграждане на масивни галактики. " Централно значение за модела е турбулентната кинетична енергия на ISM и енергията на случайното магнитно поле: двете стават равни на времеви мащаби, които са мигновени в космологичните времеви интервали.
По този начин драйверите са физическите процеси, които инжектират енергия в ISM и които отстраняват енергия от него.
„Един от най-важните източници на инжектиране на енергия в ISM са свръхнове“, пишат авторите. „Звездното образуване премахва бурна енергия“, както бихте очаквали, и газ „акумулирайки се от ореола на тъмната материя, депозира потенциалната си енергия в турбулентност“. В техния модел има само четири свободни параметъра - три описват ефективността на процесите, които добавят или премахват турбулентност от ISM, а един колко бързо подредени магнитни полета възникват от случайни.
Вълнуват ли се Шабала, Мийд и Александър от резултатите им? Вие сте съдията: „За тестване на моделите се използват две местни проби. Моделът възпроизвежда силно магнитното поле и радио светимостта в широк диапазон от галактики с ниска и средна маса. "
И какво според тях е необходимо, за да се отчетат подробните астрономически наблюдения на спирални галактики с висока маса? „Включването на изхвърлянето на газ от мощни AGN е необходимо, за да се спре охлаждането на газ.“
Безспорно е, че следващото поколение радио телескопи - EVLA, SKA и LOFAR - ще подлага всички модели на магнитни полета в галактики (а не само спирали) на много по-строги тестове (и дори да позволяват хипотези за формирането на тези полета, преди 10 милиарда години, за да бъдат тествани).
Източник: Магнитни полета в галактики: I. Радиодискове в локални късни галактики
