Sarmal gökadaların manyetik alanları olduğu yarım yüzyılı aşkın bir süredir bilinmektedir (ve birkaç yıl öncesinden önce bulunmaları gerektiği tahminleri) ve bazı gökadaların manyetik alanları ayrıntılı olarak haritalandırılmıştır.
Fakat bu manyetik alanlar, sahip olduklarını gözlemlediğimiz özelliklere nasıl sahip oldu? Ve nasıl devam ediyorlar?
İngiliz gökbilimciler Stas Shabala, James Mead ve Paul Alexander'ın yakın tarihli bir makalesinde, dört fiziksel işlemin kilit bir rol oynadığı bu soruların cevapları olabilir: diske soğuk gaz verilmesi, süpernova geri bildirimi (bu ikisi manyetohidrodinamik türbülansı arttırır), yıldız oluşumu (bu, gazı ve dolayısıyla soğuk gazdan türbülanslı enerjiyi uzaklaştırır) ve diferansiyel galaktik dönüşü (bu, alan enerjisini tutarsız rastgele alandan düzenli bir alana sürekli olarak aktarır). Ancak, astronomların modelleri gözlemlenen devasa sarmal gökada alanlarıyla tutarsız olduğu için en az bir başka kilit sürece ihtiyaç vardır.
“Yıldızlararası ortamda (ISM) yüksek enerjili elektronların radyo senkrotron emisyonu, galaksilerde manyetik alanların varlığını gösterir. Arka plan polarize kaynakların rotasyon ölçüleri (RM) iki alan çeşidini gösterir: ISM'nin türbülansından daha büyük ölçeklerde tutarlı olmayan rastgele bir alan; ve büyük ölçekli tutarlılık sergileyen spiral sıralı bir alan. ” “Tipik bir galaksi için bu alanların birkaç μG gücü vardır. M51 gibi bir galakside, uyumlu manyetik alanın optik spiral kollarla ilişkili olduğu gözlemlenir. Bu tür alanlar yıldız oluşumunda ve kozmik ışınların fiziğinde önemlidir ve aynı zamanda galaksinin evrimi üzerinde de etkisi olabilir, ancak önemlerine rağmen, kökenleri, evrimi ve yapıları hakkındaki sorular büyük ölçüde çözümsüz kalmıştır. ”
Astrofizikteki bu alan, rastgele alanın nasıl son on yılda oldukça iyi bir şekilde oluşturulduğunu anlayarak hızlı bir ilerleme kaydediyor (tek fazlı manyetohidrodinamik (MHD) olarak modellenen ISM'deki türbülans tarafından üretiliyor) manyetik alan çizgilerinin donmuş olduğu sıvı). Öte yandan, rasgele alanların bir spirale, diferansiyel dönme (dinamo) ile sarılmasıyla büyük ölçekli alanın üretimi çok daha uzun süredir bilinmektedir.
Spiraller içindeki düzenli alanın bu galaksilerin kendileri olarak nasıl oluştuğuna dair detaylar - baryonik madde ve radyasyonun ayrılmasından birkaç yüz milyon yıl sonra (bugün gördüğümüz kozmik mikrodalga arka planını doğuran) - test edilirken netleşiyor bu hipotezler henüz gözlemsel olarak mümkün değildir (çok az sayıda yüksek kırmızıya kayma gökada optik ve NIR, manyetik alanları detaylı olarak haritalanmış olsalar da, periyodda incelenmiştir).
“Manyetik alanları kendi içinde tutarlı bir galaksi oluşumu ve evrim modeline dahil etmek için ilk (bizim bildiğimiz) girişimi sunuyoruz. Birkaç gökada özelliği tahmin ediliyor ve bunları mevcut verilerle karşılaştırıyoruz ”diyor Shabala, Mead ve Alexander. Analitik bir gökada oluşumu ve evrim modeli ile başlıyorlar. “Gaz soğutma, yıldız oluşumu ve çeşitli geri besleme süreçlerini kozmolojik bağlamda izliyor. Model aynı anda yerel gökada özelliklerini, Evrenin yıldız oluşum tarihini, yıldız kütle fonksiyonunun z ~ 1.5'e evrimini ve büyük gökadaların erken oluşumunu yeniden üretir. ” Modelin merkezinde ISM'nin türbülanslı kinetik enerjisi ve rastgele manyetik alan enerjisi vardır: ikisi kozmolojik zaman ölçeklerinde anlık olan zaman ölçeklerinde eşit hale gelir.
Bu nedenle itici güçler, ISM'ye enerji enjekte eden ve enerjiyi ondan uzaklaştıran fiziksel süreçlerdir.
Yazarlar, “ISM'ye enerji enjeksiyonunun en önemli kaynaklarından biri süpernovalardır” diye yazıyor. “Yıldız formasyonu beklediğiniz gibi çalkantılı enerjiyi ortadan kaldırıyor” ve “karanlık maddeden biriken gaz, potansiyel enerjisini türbülansta biriktiriyor.” Modellerinde sadece dört serbest parametre vardır - üçü ISM'den türbülans ekleyen veya çıkartan süreçlerin verimliliğini ve sıralı manyetik alanların rastgele olanlardan ne kadar hızlı ortaya çıktığını tanımlar.
Shabala, Mead ve Alexander sonuçları konusunda heyecanlılar mı? Yargıç sizsiniz: “Modelleri test etmek için iki yerel örnek kullanılıyor. Model, çok çeşitli düşük ve orta kütleli gökadalarda manyetik alan güçlerini ve radyo parlaklığını iyi bir şekilde üretiyor. ”
Ve yüksek kütleli sarmal gökadaların ayrıntılı astronomik gözlemlerini açıklamak için neye ihtiyaç olduğunu düşünüyorlar? “Gaz soğutmayı söndürmek için güçlü AGN'ler tarafından gaz fırlatmasının dahil edilmesi gerekiyor.”
Yeni nesil radyo teleskoplarının - EVLA, SKA ve LOFAR - galaksilerdeki tüm manyetik alan modellerini (sadece spiraller değil) çok daha sıkı testlere tabi tutacağını söyleyebilir (ve hatta bu alanların oluşumu hakkında hipotezler sağlayabilir, 10 milyar yıl önce test edilecek).
Kaynak: Gökadalardaki manyetik alanlar: I. Yerel geç tip gökadalardaki radyo diskleri
