Οι σπειροειδείς γαλαξίες που έχουν μαγνητικά πεδία είναι γνωστοί εδώ και περισσότερο από μισό αιώνα (και οι προβλέψεις ότι θα έπρεπε να υπάρχουν πριν από την ανακάλυψη από αρκετά χρόνια) και ορισμένα μαγνητικά πεδία των γαλαξιών έχουν χαρτογραφηθεί με μεγάλη λεπτομέρεια.
Αλλά πώς αυτά τα μαγνητικά πεδία έχουν τα χαρακτηριστικά που τα παρατηρούμε να έχουν; Και πώς επιμένουν;
Ένα πρόσφατο έγγραφο των βρετανών αστρονόμων Stas Shabala, James Mead και Paul Alexander ενδέχεται να περιέχει απαντήσεις σε αυτές τις ερωτήσεις, με τέσσερις φυσικές διεργασίες να διαδραματίζουν βασικό ρόλο: εισαγωγή ψυχρού αερίου στο δίσκο, ανατροφοδότηση σουπερνόβα (αυτά τα δύο αυξάνουν τη μαγνητοϋδροδυναμική αναταραχή), σχηματισμός αστεριών (αυτό αφαιρεί το αέριο και συνεπώς την τυρβώδη ενέργεια από το κρύο αέριο), και τη διαφορική γαλαξιακή περιστροφή (αυτό μεταφέρει συνεχώς την ενέργεια πεδίου από το ασυνάρτητο τυχαίο πεδίο σε ένα ταξινομημένο πεδίο). Ωστόσο, απαιτείται τουλάχιστον μια άλλη βασική διαδικασία, επειδή τα μοντέλα των αστρονόμων δεν είναι συμβατά με τα παρατηρούμενα πεδία των μαζικών σπειροειδών γαλαξιών.
«Η εκπομπή ραδιοσυγχρονίων ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας στο διαστρικό μέσο (ISM) υποδηλώνει την παρουσία μαγνητικών πεδίων στους γαλαξίες. Τα μέτρα περιστροφής (RM) των πολωμένων πηγών υποβάθρου δείχνουν δύο ποικιλίες πεδίου: ένα τυχαίο πεδίο, το οποίο δεν είναι συνεκτικό σε κλίμακες μεγαλύτερες από την αναταραχή του ISM. και ένα σπειροειδές πεδίο που παρουσιάζει συνοχή μεγάλης κλίμακας », γράφουν οι συγγραφείς. «Για έναν τυπικό γαλαξία, αυτά τα πεδία έχουν αντοχές μερικών μG. Σε έναν γαλαξία όπως το M51, το συνεκτικό μαγνητικό πεδίο παρατηρείται ότι σχετίζεται με τους οπτικούς σπειροειδείς βραχίονες. Τέτοια πεδία είναι σημαντικά στο σχηματισμό αστεριών και στη φυσική των κοσμικών ακτίνων, και θα μπορούσαν επίσης να έχουν επίδραση στην εξέλιξη του γαλαξία, ωστόσο, παρά τη σημασία τους, τα ερωτήματα σχετικά με την προέλευση, την εξέλιξη και τη δομή τους παραμένουν σε μεγάλο βαθμό άλυτα. "
Αυτό το πεδίο στην αστροφυσική σημειώνει ταχεία πρόοδο, με την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο δημιουργείται το τυχαίο πεδίο που έχει γίνει αρκετά καλά εδραιωμένο μόνο την τελευταία δεκαετία περίπου (δημιουργείται από αναταράξεις στο ISM, μοντελοποιείται ως μονοφασικός μαγνητοϋδροδυναμικός (MHD) υγρό, μέσα στο οποίο παγώνονται οι γραμμές μαγνητικού πεδίου). Από την άλλη πλευρά, η παραγωγή του πεδίου μεγάλης κλίμακας με την περιέλιξη των τυχαίων πεδίων σε μια σπείρα, με διαφορική περιστροφή (δυναμό), ήταν γνωστή για πολύ περισσότερο.
Οι λεπτομέρειες για το πώς σχηματίστηκε το ταξινομημένο πεδίο σε σπείρες καθώς σχηματίστηκαν αυτοί οι γαλαξίες - μέσα σε μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια από την αποσύνδεση της βαρυονικής ύλης και της ακτινοβολίας (που προκάλεσε το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων που βλέπουμε σήμερα) - γίνονται σαφείς, αν και δοκιμάζονται Αυτές οι υποθέσεις δεν είναι ακόμη δυνατές, παρατηρητικά (πολύ λίγοι γαλαξίες με υψηλή ερυθρή μετατόπιση μελετήθηκαν στην οπτική και την περίοδο NIR, πόσο μάλλον είχαν τα χαρτογραφικά τους μαγνητικά πεδία λεπτομερώς).
«Παρουσιάζουμε την πρώτη (από τη γνώση μας) προσπάθεια να συμπεριληφθούν μαγνητικά πεδία σε ένα αυτόνομο μοντέλο σχηματισμού και εξέλιξης γαλαξιών. Προβλέπονται ορισμένες ιδιότητες γαλαξιών και τις συγκρίνουμε με τα διαθέσιμα δεδομένα », λένε οι Shabala, Mead και Alexander. Ξεκινούν με ένα αναλυτικό μοντέλο σχηματισμού και εξέλιξης γαλαξιών, το οποίο «ανιχνεύει την ψύξη αερίου, τον σχηματισμό αστεριών και διάφορες διαδικασίες ανατροφοδότησης σε ένα κοσμολογικό πλαίσιο. Το μοντέλο αναπαράγει ταυτόχρονα τις τοπικές γαλαξιακές ιδιότητες, την ιστορία σχηματισμού αστεριών του Σύμπαντος, την εξέλιξη της αστρικής μάζας σε z ~ 1,5 και την πρώιμη συσσώρευση μαζικών γαλαξιών. " Στο επίκεντρο του μοντέλου βρίσκεται η ταραχώδης κινητική ενέργεια του ISM και η ενέργεια του τυχαίου μαγνητικού πεδίου: τα δύο γίνονται ίσα σε χρονικές κλίμακες που είναι στιγμιαίες σε κοσμολογικά χρονοδιαγράμματα.
Οι οδηγοί είναι λοιπόν οι φυσικές διεργασίες που εισάγουν ενέργεια στο ISM, και οι οποίες αφαιρούν την ενέργεια από αυτό.
«Μία από τις πιο σημαντικές πηγές ένεσης ενέργειας στον ISM είναι οι σουπερνόβες», γράφουν οι συγγραφείς. "Ο σχηματισμός αστεριών απομακρύνει την ταραχώδη ενέργεια", όπως θα περίμενε κανείς, και το αέριο "που συσσωρεύεται από τη σκοτεινή ύλη, το φωτοστέφανο καταθέτει τη δυνητική του ενέργεια σε αναταράξεις." Στο μοντέλο τους υπάρχουν μόνο τέσσερις ελεύθερες παράμετροι - τρεις περιγράφουν την αποτελεσματικότητα των διεργασιών που προσθέτουν ή αφαιρούν στροβιλισμούς από το ISM και ένα πόσο γρήγορα προκύπτουν τα μαγνητικά πεδία από τυχαία.
Είναι οι Shabala, Mead και Alexander ενθουσιασμένοι για τα αποτελέσματά τους; Είστε ο κριτής: «Δύο τοπικά δείγματα χρησιμοποιούνται για τη δοκιμή των μοντέλων. Το μοντέλο αναπαράγει δυναμικά μαγνητικού πεδίου και φωτεινότητες ραδιοφώνου σε ένα ευρύ φάσμα γαλαξιών χαμηλής και ενδιάμεσης μάζας. "
Και τι πιστεύουν ότι απαιτείται για να ληφθούν υπόψη οι λεπτομερείς αστρονομικές παρατηρήσεις των σπειροειδών γαλαξιών μεγάλης μάζας; "Η συμπερίληψη της εκτόξευσης αερίου από ισχυρά AGNs είναι απαραίτητη για την απόσβεση της ψύξης αερίου."
Είναι αυτονόητο ότι η επόμενη γενιά ραδιοτηλεσκοπίων - EVLA, SKA και LOFAR - θα υποβάλει όλα τα μοντέλα μαγνητικών πεδίων σε γαλαξίες (όχι μόνο σπείρες) σε πολύ πιο αυστηρές δοκιμές (και θα επιτρέψει ακόμη και υποθέσεις σχετικά με το σχηματισμό αυτών των πεδίων, πάνω από 10 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, για δοκιμή).
Πηγή: Μαγνητικά πεδία στους γαλαξίες: I. Ραδιοφωνικοί δίσκοι σε τοπικούς γαλαξίες αργού τύπου
