Astronomiczny Obiekt Miesiąca: Styczeń 2025

< poprzedni Archiwum

Wieloskładnikowe pola magnetyczne w galaktyce NGC 3627

Pola magnetyczne odgrywają ważną rolę w formowaniu się i ewolucji galaktyk, ale nie jest łatwo mierzyć je obserwacyjnie. Dla galaktyki NGC 3627 z Trypletu Lwa orientację tych pól wyznaczono za pomocą techniki gradientu prędkości VGT i przy użyciu obserwacyjnych danych spektroskopowych. Zgodność wyniku badań VGT-CO i pomiaru polaryzacji sugeruje, że pola magnetyczne związane z emisją synchrotronową galaktyki przenikają również przez jej obszary formowania się gwiazd. Pomiar VGT-H_α ujawnił z kolei pola magnetyczne obecne w ciepłym, zjonizowanym ośrodku przenikającym galaktyczny dysk i jego okolice, wykazujące niższą zgodność z polaryzacją.

Pola magnetyczne są powszechne w galaktykach i odgrywają istotną rolę w wielu zachodzących w nich procesach astrofizycznych. Mogą je skutecznie chronić przed kolapsem grawitacyjnym, a także sterować przyspieszaniem i transportem promieni kosmicznych. Uważa się, że są też w stanie wytwarzać silne momenty obrotowe, które umożliwiają skuteczny przepływ gazu z pierścienia gromadzącego się wokół jądra galaktyki do wewnątrz, zasilając materią aktywne jądra galaktyk (AGN-y). Zrozumienie roli wielkoskalowych pól magnetycznych jest zatem kluczowe dla pełnego zrozumienia ewolucji różnych typów galaktyk.

W ostatnich dekadach nasza wiedza o galaktycznych polach magnetycznych znacznie wzrosła dzięki pomiarom, w tym obserwacjom polaryzacji pyłu i polaryzacji synchrotronowej. Wszystkie te techniki mają jednak własne ograniczenia, zwłaszcza gdy mamy do czynienia ze złożonym, wielofazowym ośrodkiem międzygwiazdowym, ponieważ pomiary pól magnetycznych za pomocą którejkolwiek ze znanych metod są ukierunkowane tylko na określony składnik tego ośrodka międzygwiazdowego. Jeśli chcemy więc poznać rzeczywistą strukturę pola magnetycznego danej galaktyki, konieczna jest synergia różnych metod jego obserwacji.

Wiemy także, że w galaktykach powszechne są zjawiska turbulentne. Stwarza to możliwość wykorzystania właściwości turbulencji magnetohydrodynamicznej (MHD) w badaniach pól magnetycznych. Jedną z kluczowych właściwości tych turbulencji jest ich anizotropia zależna od skali, wywoływana przez pola magnetyczne. Opiera się na niej nowatorska metoda śledzenia galaktycznych pól magnetycznych: technika gradientu prędkości VGT (Velocity Gradient Technique). Jej fizyczne podstawy wynikają z własności anizotropowych turbulencji MHD: ze względu na rekoneksję turbulentną, wiry turbulentne nie napotykają oporu, gdy obracają się w kierunku prostopadłym do lokalnego pola magnetycznego, które je przenika, zatem niewielkie wiry ustawiają się niczym igły wzdłuż linii tego pola magnetycznego. Gradient prędkości turbulentnej jest więc prostopadły do osi obrotu wirów, a tym samym do kierunku lokalnego pola. Zdolność techniki VGT w zakresie śledzenia pól magnetycznych związanych z gazami molekularnymi i atomowymi została już wcześniej szczegółowo przetestowana w symulacjach numerycznych.

W omawianej pracy zbadaliśmy rozkład pól magnetycznych w NGC 3627, galaktyce spiralnej z poprzeczką i jądrem typu Seyferta 2, znajdującej się w odległości 11 Mpc od nas i należącej do Trypletu Lwa – małej grupy galaktyk zlokalizowanej w granicach konstelacji Lwa. NGC 3627 jest popularnym celem badań ze względu na kilka jej interesujących cech. Poprzednie badania sugerują, że oddziaływania pływowe zachodzące między NGC 3627 i sąsiednią galaktyką NGC 3628 przed około 800 milionami lat wywołały intensywną kompresję ośrodka międzygwiazdowego w zachodniej części NGC 3627, skutkując bardzo jasną emisją polaryzacyjną w jej zachodnim ramieniu spiralnym. Tymczasem na południowo-wschodnim krańcu poprzeczki galaktycznej pola magnetyczne wyznaczone z polaryzacji synchrotronowej wydają się oddzielone od optycznego pasa pyłu. Ta nietypowa konfiguracja pól może być skutkiem zderzenia NGC 3627 z towarzyszącą jej galaktyką karłowatą, mającego miejsce kilkadziesiąt milionów lat temu.

NGC 3627 była celem wielu obserwacji spektroskopowych, w tym wysokorozdzielczych przeglądów PHANGS, co czyni ją dobrym obiektem do zastosowania technik VGT. W omawianym artykule zmapowaliśmy pola magnetyczne w jej ośrodku fazy ciepłej, wykorzystując emisję H_α pozyskaną z przeglądu PHANGS-MUSE. Te pomiary VGT zostały porównane z polami magnetycznymi otrzymanymi z polaryzacji synchrotronowej obserwowanej za pomocą sieci anten Very Large Array na 8,46 GHz. Zgodność i rozbieżność wyników obu tych metod mogą mieć ważne implikacje związane z wieloma procesami fizycznymi zachodzącymi w galaktykach, w tym formowaniem się gwiazd i propagacją promieni kosmicznych.

Uzyskana już wcześniej wysoka zgodność między wynikami techniki VGT-CO (opartymi na obserwacji linii emisyjnej CO (2-1)) i metody pomiaru polaryzacji sugeruje zasadność stosowania podejścia VGT. W naszych badaniach orientacja pola magnetycznego badana technikami VGT-CO wykazuje lepszą zgodność z wynikami dla polaryzacji synchrotronowej niż w przypadku obserwacji VGT-H_α. Sugeruje to, że pola magnetyczne związane z emisją synchrotronową w galaktyce przenikają również przez jej obszary gwiazdotwórcze. Pomiar VGT-H_α ujawnia z kolei pola magnetyczne obecne w ciepłym zjonizowanym ośrodku przenikającym galaktyczny dysk i jego okolice, wykazujące niższą zgodność z polaryzacją. Wyraźne pola radialne wyznaczone z polaryzacji synchrotronowej pojawiają się w obszarach przejściowych od ramion spiralnych do poprzeczki, natomiast taka morfologia jest słabiej widoczna w polach magnetycznych mierzonych technikami VGT-CO i VGT-H_α. Obecność tych pól radialnych sugeruje, że moment magnetyczny odgrywa istotną rolę w usuwaniu momentu pędu orbitującego w galaktyce gazu i tym samym zasilaniu aktywnego jądra galaktycznego.

W omawianej publikacji zauważamy też, że pola magnetyczne wyznaczone na podstawie pomiarów polaryzacji pyłu, techniki VGT-CO i polaryzacji synchrotronowej różnią się od siebie w obszarze położonym w ramieniu wschodnim galaktyki, uważanym za miejsce zderzenia NGC 3627 z galaktyką karłowatą. Interpretujemy tę różnicę jako wynikającą z faktu, że trzy powyższe wyniki pomiarów odzwierciedlają wartości pól magnetycznych związanych z przepływami galaktycznymi przed zderzeniem, mieszaniną przepływów przed i po zderzeniu oraz przepływami po zderzeniu.







Oryginalna publikacja: Mingrui Liu, Yue Hu, A. Lazarian, Siyao Xu, Marian Soida, Multiphase magnetic fields in the galaxy NGC 3627, MNRAS 519, 1068–1079 (2023).


Badania zostały przeprowadzone w Zakładzie Radioastronomii i Fizyki Kosmicznej Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego (OA UJ). Publikacja powstała dzięki finansowemu wsparciu National Aeronautics and Space Administration (NASA).



Kontakt:

Marian Soida Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytet Jagiellońskiego M.Soida [at] oa.uj.edu.pl