Astronomiczny Obiekt Miesiąca: Wrzesień 2020

< poprzedni Archiwum następny >

Najrozleglejsze regularne pole magnetyczne we Wszechświecie

Pole magnetyczne w Kosmosie nie jest niczym dziwnym: jego obecność wykrywana jest zarówno na niewielkich, skalistych planetach, jak i w rozciągających się na miliony lat świetlnych otoczkach wokół gromad galaktyk. Jest to byt nie tylko powszechny, ale też niezmiernie ważny: choć niewidoczne gołym okiem, to właśnie pole magnetyczne w znacznym stopniu steruje ewolucją galaktyk, umożliwia – albo wręcz blokuje! - formację gwiazd, utrzymuje „w ryzach” naładowane cząstki wyrzucane w dżetach kwazarów. Nasza wiedza o polach magnetycznych, choć wciąż poszerzana, nadal jest stosunkowo uboga – w szczególności, jeśli chodzi o ich strukturę w naszej Galaktyce, czy też możliwości magnetyzacji szerokich obszarów pozornie pustej przestrzeni kosmicznej przez obiekty już namagnesowane.

Pole magnetyczne w Kosmosie może być regularne, uporządkowane lub chaotyczne. Najczęściej spotyka się je w tej ostatniej konfiguracji, pozbawione jakiejkolwiek wyróżnionej orientacji. Pole takie potrafi ciągnąć się na ogromnych obszarach, tworząc swoistą magnetyczną zupę, w której zanurzone są pojedyncze galaktyki, a nawet całe ich układy. Stosunkowo rzadsze jest pole uporządkowane: o wyróżnionym kierunku, ale nie zwrocie; powstaje, gdy pole chaotyczne ulega rozciąganiu lub ściskaniu w wyniku oddziaływań pomiędzy galaktykami. Te pola również potrafią zajmować ogromne obszary: łukowate relikty spotykane w gromadach galaktyk nierzadko osiągają setki tysięcy kilometrów. Najrzadsze są pola całkowicie regularne: posiadają one wyróżniony zarówno kierunek, jak i zwrot. Ich wytworzenie jest wyjątkowo trudne: najczęściej potrzebny jest do tego mechanizm dynama magnetohydrodynamicznego. Ten pracuje efektywnie w niewielkiej części galaktyk, głównie spiralnych (ale też nie wszystkich; a z kolei niektórych nieregularnych też to może dotyczyć).

Powstałe w wyniku jego działania pole utrzymuje się w dysku galaktycznym, a na zewnątrz wydostaje praktycznie tylko w wyniku wyciągania gazu (w który jest wmrożone) podczas oddziaływań - na przykład z innymi galaktykami. Ponieważ jednak struktura pola obecna poza dyskiem z łatwością ulega rozerwaniu, jedynymi strukturami regularnie namagnesowanymi poza galaktykami są wąskie, wyciągnięte ramiona spiralne; nawet jeśli sięgają nawet kilkudziesięciu tysięcy lat świetlnych na długość, to ich „szerokość”, czy też „grubość”, nie przekracza kilku tysięcy lat świetlnych. Podobnie jest z ogonami powstałymi w wyniku „wypychania” materii przez supernowe: proces taki nie skutkuje tworzeniem się rozległych obszarów regularnie namagnesowanych poza galaktykami.

Zespół naukowców z Uniwersytetu Jagiellońskiego i CSIRO w Australii opublikował pracę, która opisuje ogromną, regularnie namagnesowaną strukturę w niewielkiej, zwartej grupie galaktyk – Kwintecie Stephana. Obiekt ten uchodzi za modelowy układ w swojej klasie – galaktyki wchodzące w jego skład oddziałują ze sobą, wyciągając materię w przestrzeń wewnątrz grupy lub nawet poza samą grupę. Analiza regularnego pola magnetycznego przeprowadzona została przy użyciu metody syntezy miary rotacji (Rotation Measure Synthesis), polegającej na badaniu zmienności kąta polaryzacji w szerokim, dobrze próbkowanym obszarze widma radiowego. Zmiana kąta oznacza skręcenie płaszczyzny polaryzacji przychodzącej fali – dzieje się tak w obecności regularnego pola magnetycznego wzdłuż linii wzroku źródło-obserwator (efekt Faradaya). Obserwacje Kwintetu ujawniają, że źródła radiowe znajdujące się w obszarze grupy lub za nią znajdują się w obszarze jednej, konsystentnej, regularnie namagnesowanej struktury. Badania sugerują, że obserwacji tych praktycznie nie da się wytłumaczyć, jeśli strukturę tę umieścimy wewnątrz Drogi Mlecznej; przeczyłoby to wszelkim znanym modelom naszej Galaktyki. Stąd też jedynym miejscem, gdzie może się ona znajdować, są okolice Kwintetu Stephana. Wygląda na to, że jest to swoisty „ekran” magnetyczny, długi na co najmniej 200, szeroki na co najmniej 130 i głęboki na co najmniej 65 tysięcy lat świetlnych. Jest to największa znana, regularnie namagnesowana struktura we Wszechświecie i jedyna odkryta poza pojedynczymi galaktykami, bądź ich parami. Co więcej – póki co nie ma pewności, w jaki sposób powstała. Najprawdopodobniej jest to materia wyciągnięta z jednej z galaktyk wchodzących w skład Kwintetu – ciężko jednak wyobrazić sobie, jaki musiałby być przebieg oddziaływań, żeby uzyskać byt aż tak rozległy przestrzennie.

Odpowiedź na te pytania może przynieść zaplanowana, ponowna wizyta w Kwintecie: dzięki pozyskanym już danym z innych instrumentów (w tym z interferometru LOFAR – najnowocześniejszego, paneuropejskiego radioteleskopu pracującego na falach metrowych, którego istotną część stanowią 3 polskie stacje) możliwe będzie jeszcze dokładniejsze przebadanie śladów regularnego pola i określenie jego parametrów. W szczególności – być może uda się znaleźć jego źródło, albo choćby wskazówki, czym tak naprawdę jest niespodziewanie wykryty, namagnesowany „ekran”.




Oryginalna publikacja: Błażej Nikiel-Wroczyński, Marian Soida, George Heald, Marek Urbanik, A Large-scale, Regular Intergalactic Magnetic Field Associated with Stephan's Quintet?, ApJ, 2020, 898, 110.


Opisane wyniki są częścią badań prowadzonych w Zakładzie Radioastronomii i Fizyki Kosmicznej Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego. Zostały uzyskane przy finansowym wsparciu Narodowego Centrum Nauki w ramach grantu UMO-2013/09/N/ST9/02532.



Kontakt:

Błażej Nikiel-Wroczyński Obserwatorium Astronomiczne UJ B.Nikiel_Wroczynski [at] oa.uj.edu.pl