At spiralgalakser har magnetiske felt har vært kjent i godt over et halvt århundre (og spådommer om at de burde eksistere ble funnet foran flere år), og noen galakseres magnetiske felt er kartlagt i detalj.
Men hvordan kom disse magnetfeltene til å ha de egenskapene vi observerer dem å ha? Og hvordan vedvarer de?
En fersk artikkel av britiske astronomer Stas Shabala, James Mead og Paul Alexander kan inneholde svar på disse spørsmålene, med fire fysiske prosesser som spiller en nøkkelrolle: innfall av kjølig gass på disken, supernova-tilbakemeldinger (disse to øker den magnetohydrodynamiske turbulensen), stjernedannelse (dette fjerner gass og dermed turbulent energi fra den kalde gassen), og differensial galaktisk rotasjon (dette overfører kontinuerlig feltenergi fra det usammenhengende tilfeldige feltet til et ordnet felt). Imidlertid er minst en annen nøkkelprosess nødvendig, fordi astronomenes modeller er i strid med de observerte feltene i massive spiralgalakser.
“Radiosynkrotronutslipp av høyenergi-elektroner i det interstellare mediet (ISM) indikerer tilstedeværelsen av magnetiske felt i galakser. Rotasjonstiltak (RM) av bakgrunnspolariserte kilder indikerer to varianter av felt: et tilfeldig felt, som ikke er koherent på skalaer større enn turbulensen til ISM; og et spiralbestilt felt som viser storstilt sammenheng, ”skriver forfatterne. “For en typisk galakse har disse feltene styrker på noen få μG. I en galakse som M51 observeres det koherente magnetfeltet å være assosiert med de optiske spiralarmene. Slike felt er viktige i stjernedannelsen og fysikken i kosmiske stråler, og kan også ha en innvirkning på galaksevolusjonen, men til tross for deres betydning, er spørsmål om deres opprinnelse, evolusjon og struktur stort sett uavklarte. "
Dette feltet innen astrofysikk gjør raske fremskritt, med forståelse av hvordan det tilfeldige feltet genereres etter å ha blitt rimelig veletablert først det siste tiåret eller så (det er generert av turbulens i ISM, modellert som en enfaset magnetohydrodynamisk (MHD) væske, hvor magnetfeltlinjer er frosset). På den annen side har produksjonen av storfeltet ved vikling av tilfeldige felt til en spiral, ved differensialrotasjon (en dynamo), vært kjent mye lenger.
Detaljene om hvordan det bestilte feltet i spiraler dannet som de galakene selv dannet seg - i løpet av noen hundre millioner år etter frakoblingen av baryonisk materie og stråling (som ga opphav til den kosmiske mikrobølgebakgrunnen vi ser i dag) - blir tydelig, selv om vi tester disse hypotesene er ennå ikke mulig observasjonelt (veldig få galakser med høy rødforskyvning er blitt studert i det optiske og NIR, periode, enn si har fått kartlagt sine magnetiske felt i detalj).
"Vi presenterer det første forsøket på å inkludere magnetiske felt i en selvkonsequent galakseformasjons- og evolusjonsmodell. Det er spådd en rekke galakseegenskaper, og vi sammenligner disse med tilgjengelige data, ”sier Shabala, Mead og Alexander. De begynner med en analytisk galakseformasjons- og evolusjonsmodell, som “sporer gassavkjøling, stjernedannelse og forskjellige tilbakemeldingsprosesser i en kosmologisk kontekst. Modellen gjengir samtidig de lokale galaksegenskapene, stjernedannelseshistorien til universet, utviklingen av den stjernemassefunksjonen til z ~ 1,5 og den tidlige oppbyggingen av massive galakser. ” Sentralt i modellen er ISMs turbulente kinetiske energi og den tilfeldige magnetiske feltenergien: de to blir like på tidsskalaer som er øyeblikkelig på kosmologiske tidsskalaer.
Driverne er således de fysiske prosessene som injiserer energi i ISM, og som fjerner energi fra den.
"En av de viktigste kildene til energiinjeksjon i ISM er supernovaer," skriver forfatterne. "Stjernedannelse fjerner turbulent energi," som du kunne forvente, og gass "som henter seg fra mørke stoff-glorie, setter av sin potensielle energi i turbulens." I modellen er det bare fire frie parametere - tre beskriver effektiviteten til prosessene som tilfører eller fjerner turbulens fra ISM, og en hvor raskt bestilte magnetiske felt oppstår fra tilfeldige.
Er Shabala, Mead og Alexander spent på resultatene sine? Du er dommeren: “To lokale prøver brukes til å teste modellene. Modellen gjengir magnetfeltstyrker og radiolysstyrke over et bredt spekter av lav- og mellommasse galakser. ”
Og hva tror de er nødvendig for å redegjøre for de detaljerte astronomiske observasjonene av spiralgalakser med høy masse? "Inkludering av gassutkast ved kraftige AGN er nødvendig for å slukke gassavkjøling."
Det sier seg selv at neste generasjon radioteleskoper - EVLA, SKA og LOFAR - vil underkaste alle modeller av magnetiske felt i galakser (ikke bare spiraler) for mye strengere tester (og til og med muliggjøre hypoteser om dannelsen av disse feltene, for over 10 milliarder år siden, som skulle testes).
Kilde: Magnetiske felt i galakser: I. Radioskiver i lokale galakser av sen type
