Intergalakticna magnetska polja izmjerena po prvi put • Alexey Levin • Znanstvene novosti o "Elementima" • Astrofizika

Intergalaktična magnetska polja mjerena po prvi put

slika vrh reda predstavljaju pravi raspršeni gama-kvant s energijama u rasponu od 3-10 GeV, koji potječu od 170 aktivnih galaktičkih jezgara (a) i modela takvog raspršivanja na pretpostavci točke prirode izvora tih fotona (b). Donji redak sadrži slične slike (c) i (d) odnose se na energiju od 10-100 GeV. Jasno je vidljivo da su kartice modela vrlo različite od kartica promatranja, osobito u višem rasponu energije. Sl. iz članka koji se raspravlja

Dva kalifornijska znanstvenika su se prijavili za temeljno astrofizičko otkriće. Teorijski fizičar iz Caltech Shin'ichiro Anda i profesor na Kalifornijskom sveučilištu u Los Angelesu Alexander Kusenko predstavili su svoje rezultate u članku "Evolucija Gamma-Ray halosa oko aktivnih galaktičkih nukleusa" Polja ". Dosad je dostupan samo u arhivi prethodnih ispisa i pojavit će se 10. listopada u Astrofizički časopisi (V. 722. № 1). Autori ovog djela vjeruju da su prvi put mogli otkriti i mjeriti reliktna magnetska polja koja prodiru u gotovo prazni intergalaktički prostor. Pretraživanja takvih polja provode se od sredine prošlog stoljeća.

Magnetna polja unutar galaksija

Astronomi su već više od 60 godina poznati o postojanju magnetskog polja u prostoru unutar galaksija i galaktičkih klastera. Prvi podaci o magnetskom polju naše galaksije – Mliječni put – dobiveni su 1949. Uskoro, znanstvenici su bili uvjereni u univerzalnost ovog fenomena i pronašli su realna objašnjenja za to.

Međuzvjezdani medij ne sadrži samo neutralne atome i molekule, već i nabijene čestice, prvenstveno elektrone i protone, drugim riječima, to je plazma. U ovoj plazmi mogu se uzbuditi razni postupci, što dovodi do pojave magnetskih polja. Na primjer, unutar galaksija (kao i proto-galaksije) postoje dinamički mehanizmi generirani temperaturom i gravitacijskim gradijentima, što stvara tendenciju prostornog odvajanja naboja različitih znakova.

Kao rezultat toga nastaju nehomogena električna polja u plazmi, stvarajući zatvorene struje, koje stvaraju intragalaktni magnetizam, iako je vrlo slaba. U budućnosti, ta klice polja (polja sjemena) pojačavaju različiti hidrodinamički mehanizmi – na primjer, udarni valovi.

Galaksije također imaju i druge načine stvaranja magnetizma, ali njihova rasprava će nas dovesti predaleko. U svakom slučaju, valja naglasiti da, zbog visoke električne vodljivosti kozmičke plazme, magnetska polja koja su već izašla gotovo nikada nikada ne nestanu – ta se izjava ponekad zove zlatno pravilo astrofizike. Ovaj skup pitanja posvetio je velik broj publikacija. Pozivam se, na primjer, na detaljan pregled Rainer Beck i koautora (Rainer Beck i sur. Galactic Magnetism: Recent Development and Perspectives // Ann. Rev. Astron. Astropyth, 1996. V. 34. P. 155-206), koji je potpuno dostupan na Internetu; noviji opservacijski podaci i teorijski modeli detaljno su opisani i dostupni u monografiji J. B. Zirker. Magnetski svemir // John Hopkins University Press, Baltimore, 2009. (knjiga je puna).

Dakle, galaktička magnetska polja su stvarna i dobro proučena. Štoviše, analiza radijacije najstarijih radio-kvazara ukazuje da je galaktički ili protogalatski magnetizam nastao najkasnije 900 milijuna godina nakon Velikog praska.

Ovdje, zbog izvjesnosti, neki numerički podaci. U blizini Sunca, prosječna indukcija magnetskog polja je 6 mikro-Gaussova, au središtu naše galaksije dolazi do 20-40 mikro-Gaussova. Isti pokazatelji su tipični za druge spiralne galaksije.Magnetska polja unutar njihovih diskova u prosjeku su oko 10 mikro-Gaussova, a u galaktičkim ahalima dvostruko su manja. U galaksijama bogatim plinom i stoga aktivno proizvodnjom mladih zvijezda, magnetska polja su jača za faktor od 3-5, au središnjim zonama mogu premašiti stotinu mikrogausa. Unutar eliptičnih galaksija, gustoća nabijenih čestica je znatno manja od prosječne razine galaksija s spiralnim rukama (što je milijun po kubičnom metru), pa su njihova magnetska polja puno slabija, a općenito malo o njima.

Polja s indukcijom u microgauss i desetke microgauss prožimaju galaktičke klastere – galaktičke klastere. No, u svemiru koji razdvaja ove zvijezde, magnetizam se ipak osjećao samo blizu granica. Vjeruje se da postoji zbog "propuštanja" magnetskog polja linija intragalaktnog podrijetla (na primjer, kao rezultat emisija magnetiziranih plazma mlaza u intergalaktički medij). U iznimno rijetkom prostoru koji je daleko od svih i svih vrsta zvjezdanih populacija, gdje gustoća nabijenih čestica nije ni nekoliko po kubičnom metru,magnetizam se nije mogao otkriti. U svakom slučaju, iz opažanja i teorije slijedi da ne može prijeći 10-12-10-9 Gs.

Kozmološki modeli magnetogeneze

Ipak, problem međugalaktičkih magnetskih polja (intergalaktički magnetski polja, IGMF) nikad se nije smatrao zatvorenim. To ne čudi. Prijavljivanje takvih polja dovelo bi do pojave novih načina objašnjenja magnetizma galaktičkih vaga. Činjenica je da čak i vrlo slaba (oko 10-30 Gs) polja u principu mogu igrati ulogu klica galaktičkog magnetizma. Ideja je da galaksije mogu uhvatiti i ojačati ta polja kroz konvektivni mehanizam sličan geomagnetskoj dinamo koji podupire magnetsko polje našeg planeta. Osim toga, moralo bi se objasniti podrijetlo međugalaktičkih polja, a to je vrlo zanimljiv zadatak (vidi, na primjer, članak recenzije Lawrencea M. Widrowa. Podrijetlo galaktičkih i ekstragalaktnih magnetskih polja // Rev. Mod. Phys, 2002. V. 74. P. 775-823).

Teoretičari vole predvidjeti opažanja i eksperimente te su stoga uspjeli pronaći mnoge elegantne modele koji opisuju pojavu intergalaktičkih magnetskih polja. Dakle, prije 9 godina, jedna od svjetskih vlasti na ovom području, Stirling Colgate, zajedno s dva koautora objavila je rad u obrani hipoteze,prema kojemu ta polja mogu biti izbačena u duboki prostor od akrecijskih diskova koji okružuju crne rupe (Pirma, Hui Li, Vladimir Pariev. Fizika plazmi, 2001. V. 8. Izdanje 5. P. 2425-2431). S druge strane, postoje modeli koji se temelje na pretpostavci da su intergalakticna polja nastala u zoru našeg Svemira, tj. Oni su relikvije raznih razdoblja nakon Velikog praska. Ove su ideje posvećene autoritetom velikog Enrica Fermija, koji je 1949. prvi put došao s takvom hipotezom.

Teorije ove obitelji obično nazivaju kozmološkim modelima magnetogeneze. Oni datiraju ovaj proces u različite faze rane evolucije Svemira: razdoblje inflacijske ekspanzije (10-36-10-34 sec), epoha zaustavljanja rođenja W i Z bozona i autonomizacije slabih i elektromagnetskih interakcija (ona je završila kada je dob svemira dosegao 10-12 sek), kvarkova epoha koja je dovela do produkcije hadrona iz kvark-gluonske plazme (10-12-10-6 sek.) i fotonska epoha, koja je završila 380 000 godina nakon Velikog praska, kada su slobodni elektroni bili potpuno ujedinjeni s ionima i neutralni atomi pojavili su se u vanjskom prostoru umjesto plazme. Stupanj valjanosti ovih modela je drugačiji, ali njihova rasprava je izvan opsega ove bilješke.

Kako su otkrivena intergalaktna magnetska polja?

Prije nego što se okrenu članku Anda i Kusenka, vrijedno je prisjetiti nedavnog rada osoblja Ženevskog opservatorija Andreju Neronovu i Yevgenu Vovku: Andriju Neronovu, Ievgen Vovku. Dokazi za snažna ekstragalaktna magnetska polja iz Fermija opažanja TeV Blazara // znanost, V. 328. P. 73-75 (2. travnja 2010.). Njegovi su autori zaključili da postoje ekstragalaktna polja relika i ne mogu biti manja od 3 × 10-16 Gs. Nero i Vovk temelje svoje zaključke o neizravnim argumentima (omogućuje objašnjenje zašto instrumentacija Fermi Gamma-ray svemirskog teleskopa nije otkrila više vrsta glasnih zraka u spektru nekoliko blazara), ali se ne pretvaraju da su istinski ekstragalaktni magnetizam. Međutim, njihova procjena njegove snage dobro se slaže s rezultatima Anda i Kusenka.

Što je učinio Ando i Kusenko? Autori su primijenili metodu traženja intergalaktičkih magnetskih polja na temelju ideja predloženih već sredinom prošlog desetljeća (vidi: FA Aharonian.) PS Coppi, HJ Voelk Vrlo visoka energija Gamma-zrake iz AGN-a: kaskadiranje na kosmosu Pozadina parova halosa // Astrofizički časopis, 423 (1994), L5-L8 i R. Plaga. Otkrivanje intergalaktičkih magnetskih polja pomoću gama zraka // priroda, V. 374. P. 430-432. 30. ožujka 1995.). Bit tehnike je kako slijedi. U prostoru postoje mnogi izvori gama kvanta s energijama reda teraelectronvolta (1012 eV).Te se kvage mogu raspršiti na drugim fotonima, uvijek putujući između galaksija, koji zajedno tvore difuzno elektromagnetsko polje, poznato pod nazivom Extragalactic Background Light (EBL). Tijekom takvog raspršivanja pojavljuju se elektronski-pozitroni parovi, koji se, pak, susreću sa pozadinskim fotonima i povećavaju njihovu energiju. Taj kaskadni proces samo dovodi do rođenja sekundarnih gama-kvanti nižih energija.

Aktivne galaktičke jezgre su također izvori gama-kvantu tere-raspona. Postoje lokalizirane supermasivne crne rupe koje stvaraju takve fotone u njihovim diskovima za nakupljanje. Te jezgre mogu se "vidjeti" uz pomoć gama teleskopa. Generacija sekundarnih gama fotona dovodi do činjenice da su takve slike pomalo zamagljene, oni se pojavljuju u halosima – ili, na profesionalnom jeziku, halo. Struktura tih halova odražava prirodu nastanka sekundarnih gama zraka, što zauzvrat ovisi o prostornoj raspodjeli elektrona i pozitivnih polja proizvedenih primarnim gama zračenjem. Ako u intergalaktičkom prostoru postoje magnetska polja, oni utječu na tu raspodjelu, budući da se one i druge čestice uvijaju u spiralima oko magnetskog polja sile.Slijedom toga, ta se polja u načelu mogu otkriti analizom gama snimaka aktivnih jezgri udaljenih galaksija. Njihova se prisutnost također očituje u specifičnom kašnjenju sekundarne gama kvage, koja se također može registrirati uz pomoć teleskopa prostora.

To je upravo ono što su Ando i Kusenko učinili. Budući da jedna aktivna galaktička jezgra šalje previše fotona Zemlji, grupirali su podatke u 170 takvih jezgara koje je prikupio Fermi gama-ray teleskop. Da bi se povećala pouzdanost rezultata, izvršili su mjerenja u tri područja gama zračenja, pokrivajući energente 1-3 GeV, 3-10 GeV i 10-100 GeV.

I upravo se to dogodilo. Odstupanja od očekivane raspodjele gama zračenja iz točkastih izvora (tj. U odsutnosti halogena) otkrivena su na razini pouzdanosti od 99,95%. Stoga Ando i Kusenko vjeruju da je analiza izvedena na skupnim slikama aktivnih galaktičkih jezgri zapravo otkrila fizički učinak uzrokovan prisutnošću intergalaktičkih magnetskih polja. Procjenjuju njihovu vrijednost na oko 10-15 Gs. Lako je vidjeti da se ovaj rezultat dobro slaže s donjom granicom indukcije takvih polja, koju su izračunali Neronov i Vovkom.

Alexander Kusenko u telefonskom razgovoru dijelio je neke detalje koji nisu bili uključeni u članak. Rekao je da, prema preliminarnim podacima, međugalaktična magnetska polja znatno mijenjaju smjer čak i na prilično malim – naravno, na kozmološkoj skali – udaljenosti (ako koriste tehničku terminologiju imaju malu koherentnu dužinu). Ako se taj rezultat potvrdi, moći će se s punim povjerenjem reći da se radi o područjima podrijetla relikata. Tada će biti moguće birati između različitih modela reliktne magnetogeneze, budući da čine vrlo različita predviđanja o trenutnoj veličini intergalaktičkog magnetizma.

izvor: Shin'ichiro Ando, ​​Alexander Kusenko. Dokazi galaktičkih nukleusa za gamamsku i prvu mjeru intergalaktičkih magnetskih polja // arXiv: 1005.1924v2 [astro-ph.HE] 2 rujna 2010.

Alexey Levin


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: