Bidang medan intergalaksi diukur untuk kali pertama • Alexey Levin • Berita sains mengenai "Unsur" • Astrofizik

Bidang medan intergalaktik diukur untuk kali pertama

Imej baris atas mewakili penyebaran sebenar gamma-quanta dengan tenaga dalam julat 3-10 GeV, yang berasal dari 170 nuclei galaktik aktif (a) dan model penyebaran sedemikian yang dibuat pada andaian sifat titik sumber foton (b). Barisan bawah mengandungi imej yang sama (c) dan (d) yang berkaitan dengan tenaga 10-100 GeV. Adalah jelas kelihatan bahawa kad model sangat berbeza dari kad pemerhatian, terutamanya dalam julat tenaga yang lebih tinggi. Rajah. dari artikel yang dibincangkan

Para saintis California dua telah memohon penemuan astrofizik asas. Seorang ahli fizik teori dari Caltech Shin'ichiro Ando dan seorang profesor di University of California di Los Angeles Alexander Kusenko menyampaikan hasilnya dalam artikel "Evolusi Gamma-Ray Halos Sekitar Nuclei Galactic Aktif" Medan ". Setakat ini, ia hanya boleh didapati di arkib pra-cetakan, dan akan muncul pada 10 Oktober 2007 Surat Jurnal Astrophysical (V. 722. №1). Penulis karya ini percaya bahawa buat pertama kalinya mereka dapat mengesan dan mengukur medan magnet relict yang menembus ruang intergalaktik hampir kosong. Carian untuk bidang tersebut telah dijalankan sejak pertengahan abad yang lalu.

Medan magnet di dalam galaksi

Ahli astronomi telah mengetahui lebih daripada 60 tahun tentang kewujudan medan magnet di angkasa di dalam galaksi dan kelompok galaksi. Data pertama pada medan magnet galaksi kita sendiri – Bima Sakti – diperoleh pada tahun 1949. Tidak lama kemudian, para saintis yakin tentang universalitas fenomena ini dan mendapati penjelasan yang realistik untuknya.

Sedang interstellar mengandung bukan sahaja neutral atom dan molekul, tetapi juga zarah yang dikenakan, terutama elektron dan proton, dengan kata lain, itu adalah plasma. Pelbagai proses boleh teruja dalam plasma ini, yang membawa kepada kemunculan medan magnet. Contohnya, di dalam galaksi (serta proto-galaksi) terdapat mekanisme dinamik yang dihasilkan oleh suhu dan kecerunan graviti, yang mencetuskan kecenderungan untuk pemisahan ruang tuduhan tanda-tanda yang berlainan.

Akibatnya, medan elektrik tidak berperikemanusiaan timbul dalam plasma, menghasilkan arus tertutup, yang menghasilkan daya tarikan intragalactic, walaupun sangat lemah. Di masa depan, bidang kuman ini (bidang benih) dikuatkan dengan pelbagai mekanisme hidrodinamik – contohnya, gelombang kejutan.

Galaksi juga mempunyai cara lain untuk menimbulkan kemagnetan, tetapi perbincangan mereka akan membawa kita terlalu jauh. Walau bagaimanapun, perlu ditekankan bahawa, disebabkan kekonduksian elektrik yang tinggi dari plasma kosmik, medan magnet yang telah muncul hampir tidak pernah hilang sepenuhnya – pernyataan ini kadang-kadang dipanggil peraturan astrofizik keemasan. Set soalan ini menumpukan banyak penerbitan. Sebagai contoh, saya merujuk kepada kajian terperinci tentang Rainer Beck et al. (Rainer Beck et al Galactic Magnetism: Pembangunan Terkini dan Perspektif // Ann. Wahyu Astron. Astropyth. 1996. V. 34. P. 155-206), yang boleh diakses sepenuhnya di Internet; data pemerhatian yang lebih baru dan model teori dibincangkan secara terperinci dan mudah didapati dalam monograf oleh J. B. Zirker. The Magnetic Universe // The John Hopkins University Press, Baltimore, 2009 (buku itu penuh).

Oleh itu, medan magnet galaksi adalah benar dan dipelajari dengan baik. Selain itu, analisis radiasi kuarsa radio paling kuno mencadangkan bahawa magnetik galaksi atau protogalaktik timbul tidak lebih dari 900 juta tahun selepas Big Bang.

Di sini, demi kepastian, beberapa data berangka. Berhampiran Matahari, induksi medan magnet purata adalah 6 mikro-Gauss, dan di pusat Galaxy kita mencapai 20-40 mikro-Gauss. Penunjuk yang sama adalah tipikal untuk galaksi spiral lain.Medan magnet di dalam cakera mereka rata-rata kira-kira 10 mikro-Gauss, dan dalam jarak galaksi mereka dua kali lebih kecil. Dalam galaksi yang kaya dengan gas dan oleh itu secara aktif menghasilkan bintang-bintang muda, medan magnet lebih kuat dengan faktor 3-5, dan di zon pusat mereka boleh melebihi seratus mikro-gauss. Di dalam galaksi elips, ketumpatan zarah yang dikenakan adalah jauh lebih rendah daripada paras purata bagi galaksi dengan lengan spiral (iaitu sejuta per meter padu), jadi medan magnetnya jauh lebih lemah, dan secara umum sedikit diketahui tentangnya.

Bidang dengan induksi ke dalam microgauss dan berpuluh-puluh mikrogauss menyerap kluster galaksi – gugus galaksi. Tetapi di luar angkasa yang memisahkan persatuan bintang ini, daya tarikan masih membuatnya dirasakan hanya berhampiran sempadan mereka. Ia dipercayai wujud kerana "kebocoran" garisan medan magnet asal intragalactic (sebagai contoh, akibat pelepasan jet plasma magnetik ke dalam medium intergalaktik). Dalam ruang yang sangat jarang berlaku dari semua dan setiap jenis populasi bintang, di mana ketumpatan zarah yang dikenakan tidak sedikit pun satu meter padu,magnet tidak dapat dikesan. Walau bagaimanapun, ia mengikuti dari pemerhatian dan teori bahawa ia tidak boleh melebihi 10-12-10-9 Gs.

Model kosmetik magnetogenesis

Walau bagaimanapun, masalah medan magnet antara galaksi (medan magnet antara galak, IGMF) tidak pernah dianggap tertutup. Ini tidak menghairankan. Pendaftaran bidang tersebut akan membawa kepada kemunculan cara-cara baru untuk menerangkan kemagnetan skala galaksi. Hakikatnya adalah sangat lemah (kira-kira 10-30 Gs) pada prinsipnya boleh memainkan peranan kuman magnetisme galaktik. Idea ini adalah bahawa galaksi boleh menangkap dan mengukuhkan medan-medan ini melalui mekanisme konvensional yang mirip dengan dinamo geomagnetik yang menyokong medan magnet planet kita. Di samping itu, asal-usul bidang intergalaksi perlu diterangkan, dan ini adalah tugas yang sangat menarik (lihat, contohnya, kajian artikel oleh Lawrence M. Widrow. Asal Galactic dan Extragalactic Field Magnetic // Wahyu Mod. Fiz. 2002. V. 74. P. 775-823).

Teorinya suka menjangka pemerhatian dan eksperimen dan oleh itu berjaya menghasilkan banyak model elegan yang menggambarkan kemunculan medan magnet antara galaksi. Jadi, 9 tahun yang lalu, salah satu pihak berkuasa dunia dalam bidang ini, Stirling Colgate, bersama-sama dengan dua pengarang bersama menerbitkan sebuah kertas dalam mempertahankan hipotesis,mengikut mana bidang ini boleh dibuang ke dalam ruang jauh dari cakera pertambahan sekitar lubang hitam (Pirma, Hui Li, Vladimir Pariev. Fizik Plasmas. 2001. V. 8. Isu 5. P. 2425-2431). Di sisi lain, ada model yang berasaskan kepada anggapan bahawa bidang intergalactic muncul pada awal alam semesta kita, iaitu, peninggalan satu atau zaman yang berikutnya di Big Bang. Idea ini dikuduskan oleh pihak berkuasa Enrico Fermi yang hebat, yang pertama kali datang dengan hipotesis seperti itu pada tahun 1949.

Teori-teori dari keluarga ini biasanya dipanggil model kosmologi magnetogenesis. Mereka menetapkan proses ini kepada fasa-fasa yang berbeza dari evolusi awal alam semesta: era perkembangan inflasi (10-36-10-34 sec), zaman penghentian kelahiran bos bos W dan Z dan autonomisasi interaksi lemah dan elektromagnetik (ia berakhir apabila usia Universe mencapai 10-12 sec), zaman quark yang membawa kepada pengeluaran hadrons daripada plasma quark-gluon (10-12-10-6 sec), dan masa foton, yang berakhir 380 000 tahun selepas Big Bang, ketika elektron bebas benar-benar bersatu dengan ion dan neutral atom muncul di luar angkasa bukannya plasma. Tahap kesahihan model-model ini berbeza, tetapi perbincangan mereka adalah di luar skop nota ini.

Bagaimanakah medan magnet intergalaksi ditemui?

Sebelum beralih kepada artikel oleh Ando dan Kusenko, adalah patut diingat kerja-kerja yang sangat baru-baru ini kakitangan Balai Cerap Geneva Andrei Neronov dan Yevgeny Vovk: Andrii Neronov, Ievgen Vovk. Bukti Bidang Magnet Extragalactic yang kuat dari Pemerhatian Fermi TeV Blazars // Sains. V. 328. P. 73-75 (2 April 2010). Penulis menyimpulkan bahawa medan extragalactic relik wujud dan tidak boleh kurang dari 3 × 10-16 Gs. Nero dan Vovk berdasarkan kesimpulan mereka mengenai hujah-hujah tidak langsung (ini membolehkan menjelaskan mengapa instrumen Teleskop Angkasa Gamma-ray Fermi tidak mengesan beberapa jenis sinar glas dalam spektrum beberapa blazar), tetapi mereka tidak berpura-pura menjadi extragalactic kemagnetan. Walau bagaimanapun, penilaian mereka tentang kekuatannya sepadan dengan keputusan Ando dan Kusenko.

Apa yang Ando dan Kusenko lakukan? Pengarang menggunakan kaedah mencari medan magnet antara galaksi berdasarkan idea-idea yang dicadangkan seawal pertengahan dekad yang lalu (lihat: FA Aharonian PS Coppi, HJ Voelk. Gamma-Rays Tenaga Tinggi dari AGN: Cascading pada Latar Belakang Kosmos pasangan itu hampir // Jurnal astrophysical, 423 (1994), L5-L8 dan R. Plaga. Mengesan medan magnet antara galak menggunakan sinar gamma // Alam. V. 374. P. 430-432. 30 Mac 1995). Inti teknik ini adalah seperti berikut. Di ruang angkasa, terdapat banyak sumber gamma quanta dengan tenaga susunan teraelectronvolt (1012 eV).Quanta ini boleh bertaburan di foton lain, sentiasa bergerak antara galaksi, yang bersama-sama membentuk medan elektromagnetik yang tersebar, yang dikenali sebagai Latar Belakang Extragalactic (EBL). Semasa penyebarannya, pasangan elektron-positron muncul, yang seterusnya, bertemu dengan foton latar belakang dan meningkatkan tenaga mereka. Proses cascade ini hanya membawa kepada kelahiran gamma-quanta sekunder tenaga yang lebih rendah.

Nukleus galaktik yang aktif juga merupakan sumber gamma-quanta dari tera-range. Terdapat lubang hitam supermassive setempat yang menimbulkan foton sedemikian dalam cakera pertambahan mereka. Nukleus ini boleh "dilihat" dengan bantuan teleskop gamma. Penjanaan foton gamma menengah membawa kepada fakta bahawa imej sedemikian agak kabur, mereka kelihatan hampir – atau, dalam bahasa profesional, halo. Struktur ini menghuraikan sifat kemunculan sinar gamma sekunder, yang seterusnya, bergantung kepada pengedaran spatial elektron dan positron yang dihasilkan oleh sinar gamma primer. Sekiranya terdapat medan magnet di ruang intergalaktik, mereka mempengaruhi taburan ini, kerana itu dan zarah-zarah lain berputar di sekeliling garis magnetik.Akibatnya, bidang ini pada dasarnya boleh dikesan dengan menganalisis imej gamma nuklei aktif galaksi jauh. Kehadiran mereka juga ditunjukkan dalam kelewatan khusus quanta gamma sekunder, yang juga boleh didaftarkan dengan bantuan teleskop gamma ruang.

Inilah yang dilakukan oleh Ando dan Kusenko. Oleh kerana nukleus galak aktif tunggal menghantar terlalu sedikit foton ke Bumi, mereka mengumpulkan data ke dalam 170 nukleus yang dikumpulkan oleh teleskop sinar gamma Fermi. Untuk meningkatkan kebolehpercayaan keputusan, mereka melakukan pengukuran dalam tiga julat radiasi gamma, meliputi tenaga 1-3 GeV, 3-10 GeV, dan 10-100 GeV.

Dan itulah yang berlaku. Penyimpangan daripada jangkaan radiasi gamma dijangka dari sumber titik (iaitu, jika tiada halo) dikesan pada tahap keyakinan 99.95%. Oleh itu, Ando dan Kusenko percaya bahawa analisis yang dilakukan pada gambar kumpulan nukleus galaktik aktif sebenarnya menunjukkan kesan fizikal yang disebabkan oleh kehadiran medan magnet antara galaksi. Mereka menganggarkan nilai mereka pada kira-kira 10-15 Gs. Adalah mudah untuk melihat bahawa keputusan ini sepadan dengan had induksi yang lebih rendah bagi bidang tersebut, dikira oleh Neronov dan Vovkom.

Alexander Kusenko dalam perbualan telefon berkongsi beberapa butiran yang tidak termasuk dalam artikel itu. Beliau berkata, menurut data pendahuluan, medan magnet antara galaksi mengubah arah mereka walaupun agak kecil – secara semulajadi, pada skala kosmologi – jarak (jika menggunakan istilah teknikal, mereka mempunyai panjang hubungan yang kecil). Sekiranya keputusan ini disahkan, ia akan dapat dikatakan dengan penuh keyakinan bahawa kita sedang berurusan dengan bidang asal yang berasal. Maka ia akan dapat memilih antara model magnetogenesis relik yang berlainan, kerana mereka membuat ramalan yang sangat berbeza tentang magnitud semasa magnetisme intergalactic.

Sumber: Shin'ichiro Ando, ​​Alexander Kusenko. The Galactic Nuclei Evidence for Gamma-Ray and the First Measurement of Field Magnetic Intergalactic // arXiv: 1005.1924v2 [astro-ph.HE] 2 Sep 2010.

Alexey Levin


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

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