Da imajo spiralne galaksije magnetna polja, je bilo znano že več kot pol stoletja (in napovedi, da bi morale obstajati, so bile odkritje že pred nekaj leti), nekatera magnetna polja galaksij pa so bila zelo podrobno preslikana.
Toda kako so ta magnetna polja dobila lastnosti, ki jih opazujemo? In kako vztrajajo?
Nedavni prispevek britanskih astronomov Stasa Shabale, Jamesa Meada in Paula Aleksandra lahko vsebuje odgovore na ta vprašanja, pri čemer imajo ključno vlogo štirje fizični procesi: dotok hladnega plina na disk, povratne informacije supernove (ti povečajo magnetnohidrodinamično turbulenco), tvorba zvezd (ta od hladnega plina odstranjuje plin in s tem burno energijo) in diferencialno galaktično vrtenje (to neprekinjeno prenaša energijo polja iz nedoslednega naključnega polja v urejeno polje). Vendar pa je potreben vsaj še en ključni postopek, saj modeli astronomov niso v skladu z opazovanimi polji ogromnih spiralnih galaksij.
„Radijska sinhrotronska emisija visokoenergijskih elektronov v medzvezdnem mediju (ISM) kaže na prisotnost magnetnih polj v galaksijah. Rotacijski ukrepi (RM) polariziranih virov v ozadju kažejo na dve sorti polja: naključno polje, ki ni skladno na lestvicah, večjih od turbulencije ISM; in spiralno urejeno polje, ki kaže obsežno skladnost, «pišejo avtorji. "Za tipično galaksijo imajo ta polja jakost nekaj μG. V galaksiji, kot je M51, je opaziti, da je koherentno magnetno polje povezano z optičnimi spiralnimi kraki. Taka polja so pomembna pri nastajanju zvezd in fiziki kozmičnih žarkov in lahko vplivajo tudi na evolucijo galaksije, vendar vprašanja glede njihovega nastanka, evolucije in strukture ostajajo v glavnem nerešena. "
To polje v astrofiziki hitro napreduje, pri čemer je razumevanje, kako nastane naključno polje, postalo razumno uveljavljeno šele v zadnjem desetletju ali tako (nastalo je zaradi turbulenc v ISM, modeliranih kot enofazna magnetnohidrodinamika (MHD) tekočina, znotraj katere se zamrznejo linije magnetnega polja). Po drugi strani je proizvodnja obsežnega polja z navijanjem naključnih polj v spiralo z diferencialnim vrtenjem (dinamo) znana že veliko dlje.
Podrobnosti o tem, kako se je urejeno polje v spiralah oblikovalo kot same galaksije - v nekaj sto milijonih letih od ločitve barionske snovi in sevanja (ki je povzročilo kozmično ozadje mikrovalov, ki ga vidimo danes) - postajajo jasne, čeprav preizkušamo te hipoteze še niso mogoče opazovati (zelo malo rdečih premikov galaksij je bilo preučenih v optičnem in NIR obdobju, kaj šele, da so bila njihova magnetna polja podrobno preslikana).
"Predstavljamo prvi (kolikor nam je znano) poskus vključitve magnetnih polj v samosleden model tvorbe in evolucije galaksij. Predvidene so številne lastnosti galaksije in jih primerjamo z razpoložljivimi podatki, «pravijo Shabala, Mead in Alexander. Začnejo z analitičnim modelom tvorbe galaksij in evolucijo, ki "v kozmološkem kontekstu sledi hlajenju plina, nastajanju zvezd in različnim povratnim procesom. Model hkrati reproducira lokalne lastnosti galaksij, zgodovino nastanka zvezd v vesolju, evolucijo zvezdaste mase do z ~ 1,5 in zgodnjo nastanek masivnih galaksij. " Osrednja vloga modela sta ISM-ova turbulentna kinetična energija in naključna energija magnetnega polja: oba postaneta enaka v časovnih lestvicah, ki so v trenutku na kozmoloških časovnih lestvicah.
Gonilniki so torej fizični procesi, ki v ISM vbrizgajo energijo in iz nje odvzamejo energijo.
"Eden najpomembnejših virov vbrizgavanja energije v ISM so supernove," pišejo avtorji. "Zvezdna tvorba odstranjuje nemirno energijo", kot bi pričakovali, in plin, "ki se pridobiva iz halo temne snovi, odlaga svojo potencialno energijo v turbulenco." V njihovem modelu so le štirje prosti parametri - trije opisujejo učinkovitost procesov, ki dodajajo ali odstranjujejo turbulenco iz ISM-a, eden pa, kako hitro se uredijo magnetna polja iz naključnih.
So Shabala, Mead in Alexander navdušeni nad njihovimi rezultati? Vi ste sodnik: »Za preskušanje modelov se uporabljata dva lokalna vzorca. Model dobro reproducira jakost magnetnega polja in radijske svetilnosti v širokem območju galaksij z nizko in srednjo maso. "
In kaj je po njihovem mnenju potrebno za upoštevanje podrobnih astronomskih opazovanj spiralnih galaksij velike mase? "Vključitev izpuščanja plina s pomočjo močnih AGN je potrebna za zaustavitev hlajenja plina."
Samoumevno je, da bodo naslednje generacije radijskih teleskopov - EVLA, SKA in LOFAR - podvrgle vse modele magnetnih polj v galaksijah (ne le spirale) veliko strožjim preizkusom (in celo omogočile hipoteze o oblikovanju teh polj, pred več kot 10 milijardami let, da jih preizkusimo).
Vir: Magnetna polja v galaksijah: I. Radio diski v lokalnih galaksijah poznega tipa
