Intergalaktikus mágneses mezők először • Alexey Levin • Tudományos hírek a "Elements" -ről • Astrophysics

Intergalaktikus mágneses mezők először mérve

kép felső sor a gamma-kvanták valódi szórását reprezentálják a 170 aktív galaktikus magból (a) származó 3-10 GeV tartományba eső energiákból és egy ilyen szétszórási modellből, amely ezen foton források pont jellegének feltételezésével készült (b). Alsó sor hasonló képeket tartalmaz (c) és (d) a 10-100 GeV energiákhoz. Világos, hogy a modellkártyák nagyon eltérnek a megfigyelési kártyáktól, különösen a magasabb energia tartományban. Ábra. a tárgyalt cikkből

Két kaliforniai tudós kérte az alapvető asztrofizikai felfedezést. Caltech Shin'ichiro Ando elméleti fizikusa és Los Angeles-i Kaliforniai Egyetem professzora Alexander Kusenko bemutatták eredményeiket a "Gamma-Ray Evolution Mezők ". Eddig csak a preprintek archívumában érhető el, és október 10-én jelenik meg Astrophysical Journal Letters (V. 722. №1). E mű szerzői úgy vélik, hogy először képesek voltak kimutatni és mérni a függőleges mágneses mezőket, amelyek szinte üres intergalaktikus térbe hatolnak. Az ilyen területek keresése a múlt század közepétől kezdődően történt.

Mágneses mezők a galaxisok között

A csillagászok több mint 60 éve ismerik a galaxisok és a galaktikus klaszterek közötti térben lévő mágneses mezők létezését. A saját galaxisunk – a Tejút – mágneses mezőire vonatkozó első adatokat 1949-ben kaptuk meg. Hamarosan a tudósok meg voltak győződve ennek a jelenségnek az egyetemességéről, és reálisan magyaráztak rá.

Az interstelláris közeg nemcsak semleges atomokat és molekulákat tartalmaz, hanem töltött részecskéket is, elsősorban elektronokat és protonokat, vagyis plazma. Ebben a plazmában különféle folyamatok kiválthatók, ami a mágneses mezők megjelenéséhez vezet. Például belső galaxisok (valamint proto-galaxisok) dinamikus mechanizmusok alakulnak ki a hőmérséklet és a gravitációs gradiensek között, amelyek hajlamot adnak a különféle jelek töltésének térbeli elválasztására.

Ennek eredményeként inhomogén elektromos mezők keletkeznek a plazmában, zárt áramokat generálva, amelyek intragalaktikus mágnesességet termelnek, bár nagyon gyenge. A jövőben ezeket a csírasejteket (vetőmagokat) különböző hidrodinamikai mechanizmusok erősítik – például a lökéshullámokat.

A galaxisoknak más módjai is vannak a mágnesesség megteremtésére, de a beszélgetés túl messzire vezetne. Mindenesetre hangsúlyozni kell, hogy a kozmikus plazma nagy elektromos vezetőképessége miatt a már kialakult mágneses mezők majdnem teljesen eltűnnek – ezt az állítást néha az asztrofizika aranyszabályaként hívják. Ez a kérdéssor nagyon sok kiadványt szentelt. Például Rainer Beck és munkatársai (Rainer Beck és munkatársai: Galactic Magnetism: Recent Development and Perspectives // Ann. Rev. Astron. Astropyth. 1996. V. 34. P. 155-206), amely teljesen elérhető az interneten; az újabb megfigyelési adatokat és az elméleti modelleket részletesen tárgyalják, és könnyen hozzáférhetők J. B. Zirker monográfiájában. A mágneses világegyetem // A John Hopkins Egyetem Press, Baltimore, 2009 (a könyv tele van).

Tehát a galaktikus mágneses mezők valóságosak és jól tanulmányozottak. Ráadásul a legősibb rádió-kvazárok sugárzásának elemzése arra utal, hogy a galaktikus vagy protogalaktikus mágnesesség legfeljebb 900 millió évvel a Big Bang után lépett fel.

Itt, a bizonyosság kedvéért, néhány számszerű adat. A Nap közelében az átlagos mágneses mező indukciója 6 mikro-Gauss, és galaxisunk közepén 20-40 mikro-Gaussot ér el. Ugyanezek a mutatók jellemzőek más spirálgalaxisokra.A lemezükben lévő mágneses mezők átlagosan körülbelül 10 mikro-Gaussot tartalmaznak, és a galaktikus halókban kétszer olyan kicsi. A gázokban gazdag és ezért fiatal csillagokat aktívan termelő galaxisokban a mágneses mezők 3-5 tényezővel erősebbek, és a központi zónájukban több mint száz mikro-gaussot tudnak meghaladni. A belső elliptikus galaxisokban a töltött részecskék sűrűsége jóval kisebb, mint a spirálkarokkal rendelkező galaxisok átlagos szintje (ez egy millió köbméter), ezért azok mágneses mezői sokkal gyengébbek és általában keveset ismertek róluk.

A mikrogaussal és több tucat mikrogaussal indukált területek galaktikus klasztereket – galaktikus klasztereket permeálnak. De a külső térben, amely elválasztja ezeket a csillag-egyesületeket, a mágnesesség még mindig csak a határaik közelében érezte magát. Úgy vélik, hogy létezik az intragalaktikus eredetű mágneses terepi vonalak "szivárgásának" (például a mágnesezett plazmavizek kibocsátása az intergalaktikus közegbe). Egy rendkívül ritka térben, amely messze nem minden csillagfüggetlen populációtól, ahol a töltött részecskék sűrűsége még néhány köbméterenként sem,a mágnesességet nem lehetett észlelni. Mindenesetre az észrevételekből és elméletből következik, hogy nem haladhatja meg a 10-et-12-10-9 Gs.

A magnetogenezis kozmológiai modellei

Mindazonáltal az intergalaktikus mágneses mezők (intergalaktikus mágneses mezők, IGMF) problémáját soha nem tekintették zártnak. Ez nem meglepő. Az ilyen területek nyilvántartásba vétele a galaktikus skálák mágnesességének megmagyarázásához új utakat eredményezne. Az a tény, hogy még rendkívül gyenge (kb-30 Gs) elvben a galáta mágnesesség csíráinak szerepét játszhatta. Az az elképzelés, hogy a galaxisok képesek elfogni és erősíteni ezeket a területeket egy konvektív mechanizmuson keresztül, hasonlóan a bolygónk mágneses mezőjét támogató geomagnetikus dinamóhoz. Ezenkívül meg kell magyarázni az intergalaktikus mezők eredetét, és ez egy nagyon érdekes feladat (lásd például Lawrence M. Widrow, a Galaktikus és extragalaktikus mágneses mezők eredetét // Rev. Mod. Phys. 2002. V. 74. P. 775-823.

A teoretikusok szeretik előre látni a megfigyeléseket és a kísérleteket, ezért sikerült sok elegáns modellt felállítani, amelyek leírják az intergalaktikus mágneses mezők megjelenését. Tehát 9 évvel ezelőtt az egyik világi hatóság ezen a területen Stirling Colgate két társszerzővel együtt megjelent egy papírt a hipotézis megvédésére,amely szerint ezeket a mezőket a fekete lyukakat körülvevő felhajtólemezektől (Pirma, Hui Li, Vladimir Pariev) kihasználhatják. A plazmák fizikája. 2001. V. 8. Kiadás 5. P. 2425-2431). Másrészt léteznek olyan modellek, amelyek azon a feltételezésen alapulnak, hogy intergalaktikus mezők világunkban hajnalban keletkeztek, vagyis az egykori vagy másik korszak relikviái, amelyek követik az ősrobbanást. Ezeket az ötleteket a nagy Enrico Fermi hatalma megszentelte, aki először 1949-ben egy ilyen hipotézist hozott létre.

E család elméletét általában a magnetogenezis kozmológiai modelleinek nevezik. Ez a folyamat az Univerzum korai evolúciójának különböző fázisaiba esik: az inflációs expanzió kora (10-36-10-34 sec), a W- és Z-bozonok születésének megállítását, valamint a gyenge és elektromágneses kölcsönhatások autonómiáját (véget ért, amikor az Univerzum kora elérte a 10-12 sec), a quark-korszak, amely a quark-gluon plazmából származó hadronok előállításához vezetett (10-12-10-6 másodperc), és a foton korszak, amely 380 000 évvel véget ért a Big Bang után, amikor a szabad elektronok teljesen össze voltak kötve az ionokkal és a semleges atomok megjelentek a külső térben a plazma helyett. Ezeknek a modelleknek az érvényességi foka eltérő, de a vita túlmutat e jegyzetben.

Hogyan fedezték fel intergalaktikus mágneses mezőket?

Mielőtt Ando és Kusenko cikkéhez fordulna, érdemes megemlíteni a genfi ​​megfigyelőközpont Andrei Neronov és Yevgeny Vovk munkatársainak legutóbbi munkáját: Andrii Neronov, Ievgen Vovk. Bizonyítékok erõs extragalaktikus mágneses mezõkre a Fermi megfigyeléseirõl a TeV Blazars // tudomány. V. 328. P. 73-75 (2010. április 2.). A szerzők arra a következtetésre jutottak, hogy léteznek extragalaktikus erek, és nem lehetnek kevesebb mint 3 × 10-16 Gs. Nero és Vovk a közvetett érvekre vonatkozó következtetéseit alapozta meg (lehetővé teszi annak magyarázatát, hogy a Fermi Gamma-ray Űrteleszkóp-műszer nem érzékelte-e többféle légmembrán típusát számos blazár spektrumában), de nem úgy tesz, mintha valóban extragalaktikus lenne mágnesesség. Az ő erejének felmérése azonban jól illeszkedik Ando és Kusenko eredményéhez.

Mit csinált Ando és Kusenko? A szerzők az elmúlt évtized közepén javasolt ötleteket alkalmazták az intergalaktikus mágneses mezők kutatására (lásd: FA Aharonian, PS Coppi, HJ Voelk, nagyon magas energia gamma-sugarak az AGN-től: a pair halos // Asztrofizikai folyóirat, 423 (1994), L5-L8 és R. Plaga. Intergalaktikus mágneses mezők érzékelése gamma-sugarak felhasználásával // természet. V. 374. P. 430-432. 1995. március 30.). A technika lényege a következő. A térben sok forrás van a gamma-kvantának a teraelectronvolt (1012 eV).Ezek a kvantumok szétszóródhatnak más fotonokon, amelyek mindig galaxisok között közlekednek, amelyek együttesen diffúz elektromágneses mezőt képeznek, extragalaktikus háttérfénynek (EBL) néven. Az ilyen szórás során elektron-pozitron párok keletkeznek, amelyek viszont találkoznak a háttér-fotonokkal és növelik energiájukat. Ez a kaszkádfolyamat csak az alacsonyabb energiák másodlagos gamma-kvantumának születéséhez vezet.

Az aktív galaktikus magok szintén a gamma-kvantum forrásai a tera-tartományban. Vannak lokalizált, szupermasszív fekete lyukak, amelyek ilyen fotonokat hoznak létre a felhordási lemezükben. Ezeket a magokat gamma-távcsövek segítségével "látni" lehet. A másodlagos gamma-fotonok létrehozása arra enged következtetni, hogy az ilyen képek kissé homályosak, haloszokká alakulnak – vagy professzionális nyelven, halo. Ezen halók szerkezete tükrözi a másodlagos gamma sugarak megjelenésének természetét, amely viszont az elsődleges gamma-sugarak által előállított elektronok és pozitronok térbeli eloszlásától függ. Ha az intergalaktikus térben vannak mágneses mezők, akkor ez befolyásolja ezt az eloszlást, mivel ezek és más részecskék spirálisan csavarodnak az erő mágneses vonalai körül.Következésképpen ezek a mezők elvben kimutathatók a távoli galaxisok aktív magjainak gamma-képének elemzésével. A jelenlétük a másodlagos gamma-kvantum specifikus késleltetésében is megnyilvánul, amelyet a gamma-teleszkópok segítségével regisztrálhatunk.

Pontosan ezt tette Ando és Kusenko. Mivel egyetlen aktív galaktikus mag túl kevés fotont küld a Földre, az adatokat 170 ilyen, a Fermi gamma-ray távcsővel összegyűjtött magot csoportosította. Az eredmények megbízhatóságának növelése érdekében három gamma-sugárzási tartományban végeztek méréseket, amelyek 1-3 GeV, 3-10 GeV és 10-100 GeV energiákat tartalmaztak.

És ez történt. A pontforrásokból származó gamma-sugárzás elvárt eloszlását (vagyis halo hiányában) 99,95% -os konfidenciaszintben észlelték. Ezért Ando és Kusenko úgy vélik, hogy az aktív galaktikus magok csoportosított képein végzett elemzés valójában felfedi az intergalaktikus mágneses mezők jelenlétének fizikai hatását. Becsülik értéküket kb. 10-re-15 Gs. Könnyű látni, hogy ez az eredmény jól illeszkedik az ilyen mezők alacsonyabb indukciós határához, amelyet Neronov és Vovkom számol.

Alexander Kusenko egy telefonbeszélgetésben megosztotta néhány olyan részletet, amelyek nem szerepeltek a cikkben. Elmondta, hogy az előzetes adatok szerint az intergalaktikus mágneses mezők még meglehetősen kicsiben is megváltoztatják irányukat – természetesen kozmológiai léptékben – távolságok (ha technikai terminológiát használnak, kis koherencia hossza van). Ha ez az eredmény megerősítést nyer, akkor teljes bizalommal mondhatjuk, hogy a reliktum eredetű területeivel foglalkozunk. Ezután lehet választani a különböző relik magnetogenezis modellek között, mivel nagyon eltérő előrejelzéseket mutatnak az intergalaktikus mágnesesség jelenlegi nagyságrendjéről.

Forrás: Shin'ichiro Ando, ​​Alexander Kusenko. Gamma-Ray galaktikus nukleinsav bizonyítéka és intergalaktikus mágneses mezők első mérése // arXiv: 1005.1924v2 [astro-ph.HE] 2. szept.

Alexey Levin


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

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