To, že špirálové galaxie majú magnetické polia, je známe už vyše pol storočia (a predpovede, ktoré by mali existovať, predchádzali objavu pred niekoľkými rokmi) a magnetické polia niektorých galaxií boli podrobne zmapované.
Ako však tieto magnetické polia získali vlastnosti, ktoré pozorujeme, aby mali? A ako pretrvávajú?
Nedávny príspevok britských astronómov Stas Shabala, James Mead a Paul Alexander môžu obsahovať odpovede na tieto otázky, pričom kľúčovú úlohu môžu zohrávať štyri fyzikálne procesy: pokles chladného plynu na disk, spätná väzba supernovy (tieto dva zvyšujú magnetohydrodynamické turbulencie), formovanie hviezd (to odstraňuje plyn a tým aj turbulentnú energiu zo studeného plynu) a diferenciálna galaktická rotácia (to nepretržite prenáša energiu z nekoherentného náhodného poľa do usporiadaného poľa). Potrebný je však aspoň jeden ďalší kľúčový proces, pretože modely astronómov nie sú v súlade s pozorovanými poľami veľkých špirálových galaxií.
„Rádio synchrotrónová emisia elektrónov s vysokou energiou v medzihviezdnom médiu (ISM) naznačuje prítomnosť magnetických polí v galaxiách. Miera rotácie (RM) zdrojov polarizovaných na pozadí naznačuje dve odrody poľa: náhodné pole, ktoré nie je koherentné na mierkach väčších ako turbulencia ISM; a špirálovo zoradené pole, ktoré vykazuje veľkú koherenciu, “píšu autori. „Pre typickú galaxiu majú tieto polia sily niekoľko μG. V galaxii, ako je M51, sa pozoruje súvislé magnetické pole spojené s optickými špirálovými ramenami. Takéto polia sú dôležité pri formovaní hviezd a fyzike kozmických lúčov a mohli by mať tiež vplyv na vývoj galaxií, napriek tomu sú otázky týkajúce sa ich pôvodu, vývoja a štruktúry do značnej miery nevyriešené. ““
Toto pole v astrofyzike rýchlo napreduje, pričom pochopenie toho, ako sa generuje náhodné pole, sa stalo primerane dobre zavedeným až v poslednom desaťročí (generuje sa to turbulenciou v ISM, modelovanou ako jednofázová magnetohydrodynamika (MHD)). tekutina, v ktorej sú zmrazené čiary magnetického poľa). Na druhej strane je výroba poľa vo veľkom meradle navinutím náhodných polí do špirály diferenciálnou rotáciou (dynamo) známa oveľa dlhšie.
Podrobnosti o tom, ako sa zoradené pole v špirále formovalo tak, ako sa formovali samotné galaxie - v priebehu niekoľkých stoviek miliónov rokov od oddelenia baryonickej hmoty a žiarenia (čo viedlo k vzniku kozmického mikrovlnného pozadia, aké dnes vidíme) - sa stále objasňujú tieto hypotézy zatiaľ nie sú z pozorovacieho hľadiska možné (veľmi málo galaxií s vysokým červeným posunom bolo študovaných v optických a NIR, perióda, nieto už boli podrobne zmapované ich magnetické polia).
„Predstavujeme prvý (podľa našich vedomostí) pokus o zahrnutie magnetických polí do samostatného modelu tvorby a vývoja galaxií. Predpovedá sa niekoľko vlastností galaxií a porovnávame ich s dostupnými údajmi, “hovoria Shabala, Mead a Alexander. Začínajú s analytickým modelom tvorby a vývoja galaxií, ktorý „sleduje v plynnom prostredí sledovanie ochladzovania plynu, tvorby hviezd a rôznych procesov spätnej väzby. Model súčasne reprodukuje vlastnosti miestnych galaxií, históriu vzniku hviezd vo vesmíre, vývoj funkcie hviezdnych hmôt na z ~ 1,5 a skoré hromadenie obrovských galaxií. ““ Jadrom tohto modelu je turbulentná kinetická energia ISM a energia náhodného magnetického poľa: tieto dva sa stávajú rovnaké v časových mierkach, ktoré sú okamžité v kozmologických časových mierkach.
Ovládače sú teda fyzikálne procesy, ktoré vstrekujú energiu do ISM a ktoré z nej odstraňujú energiu.
„Jedným z najdôležitejších zdrojov vstrekovania energie do ISM sú supernovy,“ píšu autori. „Tvorba hviezd odstraňuje turbulentnú energiu,“ ako ste očakávali, a plyn „narastajúci z temnej hmoty halo ukladá svoju potenciálnu energiu v turbulenciách.“ V ich modeli sú iba štyri voľné parametre - tri opisujú účinnosť procesov, ktoré pridávajú alebo odstraňujú turbulencie z ISM, a jeden, ako rýchlo vznikajú usporiadané magnetické polia z náhodných.
Sú Shabala, Mead a Alexander nadšení ich výsledkami? Ste rozhodca: „Na testovanie modelov sa používajú dve miestne vzorky. Tento model dobre reprodukuje sily magnetického poľa a rádiovú svietivosť v širokom spektre galaxií s nízkou a strednou hmotnosťou. “
A čo si myslia, že je potrebné vysvetliť podrobnými astronomickými pozorovaniami špirálových galaxií s vysokou hmotnosťou? „Zahrnutie vstrekovania plynu silnými AGN je potrebné, aby sa ochladilo chladenie plynu.“
Je samozrejmé, že budúca generácia rádiových ďalekohľadov - EVLA, SKA a LOFAR - podrobí všetky modely magnetických polí v galaxiách (nielen špirály) oveľa prísnejším testom (a dokonca umožní hypotézy o ich formovaní, pred viac ako 10 miliardami rokov, ktoré sa majú testovať).
Zdroj: Magnetické polia v galaxiách: I. Rádiové disky v lokálnych galaxiách neskorého typu
