Că galaxiile în spirală au câmpuri magnetice sunt cunoscute de mai bine de jumătate de secol (și prezicerile că ar trebui să existe înainte de descoperirea de câțiva ani), iar câmpurile magnetice ale unor galaxii au fost cartografiate în detaliu.
Dar cum au ajuns aceste câmpuri magnetice să aibă caracteristicile pe care le observăm că le au? Și cum persistă?
O lucrare recentă a astronomilor britanici Stas Shabala, James Mead și Paul Alexander poate conține răspunsuri la aceste întrebări, patru procese fizice jucând un rol esențial: infall de gaz rece pe disc, feedback de supernova (aceste două cresc turbulența magnetohidrodinamică), formarea stelelor (aceasta elimină gazul și, prin urmare, energia turbulentă din gazul rece) și rotația galactică diferențială (aceasta transferă continuu energia câmpului din câmpul aleatoriu incoerent într-un câmp ordonat). Cu toate acestea, cel puțin un alt proces-cheie este necesar, deoarece modelele astronomilor sunt incompatibile cu câmpurile observate ale galaxiilor spirale masive.
„Emisia de sincrotron radio a electronilor cu energie mare în mediul interstelar (ISM) indică prezența câmpurilor magnetice în galaxii. Măsurile de rotație (RM) ale surselor polarizate de fundal indică două varietăți de câmp: un câmp aleatoriu, care nu este coerent pe scări mai mari decât turbulența ISM; și un câmp ordonat în spirală care prezintă coerență la scară largă ”, scriu autorii. „Pentru o galaxie tipică, aceste câmpuri au puteri de câțiva μG. Într-o galaxie precum M51, câmpul magnetic coerent este observat a fi asociat cu brațele spiralelor optice. Astfel de câmpuri sunt importante în formarea stelelor și în fizica razelor cosmice și ar putea avea, de asemenea, un efect asupra evoluției galaxiei, cu toate acestea, în ciuda importanței lor, întrebările despre originea, evoluția și structura lor rămân în mare parte nesoluționate. "
Acest câmp în astrofizică face progrese rapide, înțelegând modul în care este generat câmpul la întâmplare devenind rezonabil bine stabilit în ultimul deceniu sau cam așa ceva (este generat de turbulența din ISM, modelată ca un magnetohidrodinamic monofazic (MHD) fluid, în interiorul căruia sunt înghețate liniile de câmp magnetic). Pe de altă parte, producerea câmpului pe scară largă prin înfășurarea câmpurilor aleatorii într-o spirală, prin rotație diferențială (o dinamă), este cunoscută de mult mai mult timp.
Detaliile despre cum s-a format câmpul ordonat în spirale așa cum s-au format acele galaxii în sine - în câteva sute de milioane de ani de la decuplarea materiei baryonice și a radiațiilor (care a dat naștere fundalului microundelor cosmice pe care îl vedem astăzi) - devin clare, deși testarea aceste ipoteze nu sunt încă posibile, în mod observațional (foarte puține galaxii high-redshift au fost studiate în perioada optică și NIR, cu atât mai puțin, au avut cartografiat în detaliu câmpurile lor magnetice).
„Prezentăm prima (în cunoștința noastră) încercarea de a include câmpurile magnetice într-un model de evoluție și formare a galaxiei auto-coerente. Sunt prezise o serie de proprietăți ale galaxiei și le comparăm cu datele disponibile ”, spun Shabala, Mead și Alexander. Acestea încep cu un model analitic de formare și evoluție a galaxiilor, care „urmărește răcirea gazelor, formarea stelelor și diverse procese de feedback într-un context cosmologic. Modelul reproduce simultan proprietățile locale ale galaxiei, istoria formării stelelor a Universului, evoluția funcției de masă stelară până la z 1,5, și acumularea timpurie a galaxiilor masive. " Elementul central al modelului este energia cinetică turbulentă a ISM și energia câmpului magnetic aleatoriu: cele două devin egale pe perioade de timp care sunt instantanee pe perioade cosmologice.
Astfel, driverele sunt procesele fizice care injectează energie în ISM și care elimină energia din acesta.
„Una dintre cele mai importante surse de injecție de energie în ISM sunt supernovele”, scriu autorii. „Formarea stelelor elimină energia turbulentă”, așa cum așteptați, iar gazul „care se accelerează din halo cu materie întunecată își depune energia potențială în turbulență.” În modelul lor există doar patru parametri liberi - trei descriu eficiența proceselor care adaugă sau îndepărtează turbulențele de la ISM, iar unul cât de rapid sunt câmpurile magnetice comandate din cele aleatorii.
Șabala, Mead și Alexandru sunt încântați de rezultatele lor? Voi sunteți judecătorul: „Pentru testarea modelelor sunt folosite două probe locale. Modelul reproduce intensitatea câmpurilor magnetice și luminozitățile radio într-o gamă largă de galaxii cu masă mică și intermediară. "
Și ce cred ei că este necesar pentru a ține cont de observațiile astronomice detaliate ale galaxiilor spirale de masă mare? „Includerea ejectării gazelor de către AGN-urile puternice este necesară pentru a stinge răcirea gazului.”
Este de la sine înțeles că următoarea generație de radiotelescoape - EVLA, SKA și LOFAR - vor supune toate modelele de câmpuri magnetice din galaxii (nu doar spiralele) la teste mult mai stricte (și chiar vor permite ipoteze cu privire la formarea acelor câmpuri, acum peste 10 miliarde de ani, care trebuie testat).
Sursa: Câmpurile magnetice din galaxii: I. Discurile radio în galaxiile locale de tip târziu
