المجرات لها مجالات مغناطيسية أيضًا! الصور هنا

ضوء أصفر ووردي في عرض أفقي لقرص على خلفية سوداء ، خيوط زرقاء ناعمة تمتد من القرص.

عرض أكبر. | يُنظر إلى مجرة ​​NGC 5775 ومجالها المغناطيسي معًا في هذه الصورة المركبة ، والتي تم تكوينها عبر بيانات الراديو من مصفوفة Karl G.VLA) بالقرب من سوكورو ، نيو مكسيكو ، متراكب على صورة بصرية من تلسكوب هابل الفضائي. حصل هذا المركب على المركز الثاني في المرصد الفلكي الراديوي الوطنيمسابقة الصورللاحتفال بالذكرى السنوية الأربعين لـ VLA. الصورة عبر Jayanne English /NRAO/ HST /J.Irwin et al.

حتى وقت قريب ، كان قياس الحقول المغناطيسية الباهتة للمجرات البعيدة أمرًا صعبًا للغاية. لم تكن التلسكوبات حساسة بدرجة كافية لتسجيل مثل هذه الإشارات الخافتة. في عام 2011 ، على الرغم من ذلك ، فإن مصفوفة كبيرة جدًا (VLA) تم تحديث المرصد الراديوي في نيو مكسيكو وتجهيزه بجديدالمرتبط('دماغ' جديد أكثر أو أقل) ، بالإضافة إلى جديدالألياف البصريةوالإلكترونيات. أتاحت التجديدات لـ VLA المراقبة على جزء أكبر بكثير من جزء الراديو منالمجال الكهرومغناطيسيمن ذي قبل. نتيجة لذلك ، بدأ علماء الفلك في التحقيق فيهالات غازية كبيرةالمجرات المحيطة. وقد اكتشفوا - وبدأوا في تصور - المجالات المغناطيسية الشاسعة الممتدة بعيدًا في هذه الهالات.

إذا كنت ترغب في مراقبة الحقول المغناطيسية المراوغة الممتدة من المجرات ، فليس من العملي النظر إليهامواجهةالمجرات ، أي المجرات التي نراها من أعلى أو أسفل قرصها. الانبعاثات الباهتة من المجالات المغناطيسية للمجرات المواجهة تغرق في الانبعاثات الساطعة التي تنبعث من النجوم من أقراص هذه المجرات. بدلاً من ذلك ، من العملي النظر إليهحافة علىالمجرات. عندما يشاهد علماء الفلك مجرة ​​من الحافة ، يمكنهم بوضوح رؤية الهالة الخافتة أعلى وأسفل القرص المسطح للمجرة. ثم يمكنهم قياس الانبعاث الراديوي الخاص الناتج عن المجال المغناطيسي للمجرة.

مجرتان ، إحداهما عبارة عن حلزوني مسطح باللون الأرجواني ، والأخرى على شكل خط قطري باللون الأصفر.

يظهر مثال لمجرة وجها لوجه في الصورة اليسرى (NGC 3344) ومثال لمجرة متجهة الحافة في الصورة اليمنى (NGC 891). هذا الأخير لديه الاتجاه الأمثل لعلماء الفلك لاكتشاف المجالات المغناطيسية فوق وتحت قرص المجرة. الصور عبرادم بلوك/ جبل ليمون سكاي سنتر / جامعة أريزونا / ويكيميديا ​​كومنز (CC BY-SA 3.0 الولايات المتحدة) وهيوهولوكس/ ويكيميديا ​​كومنز (CC BY-SA 3.0.0 تحديث).

انظر مرة أخرى إلى الصورة في أعلى هذه الصفحة. المجرة NGC 5775 هي مجرة ​​حافة. إنها قريبة نسبيًا منا ، حيث تصل المجرات إلى 94 مليونًاسنوات ضوئية. لهذا السبب تمكنت VLA من التقاط البيانات التي تتيح لنا رؤية هالة هذه المجرة ومجالها المغناطيسي بتفصيل كبير. يتم تثبيت صورة الراديو على صورة بصرية منتلسكوب هابل الفضائيقرص المجرة المسطح. يمكنك أن ترى فقاعات وردية من الغاز الساخن في القرص. هذه الفقاعات هي مهدالأشعة الكونيةالتي تنتقل في شكل رياح وتساعد في تكوين الهالة الكبيرة للمجرة ، والتي يمكن رؤيتها فيمذياعجزء من الطيف الكهرومغناطيسي وبالتالي مرئي لـ VLA المحدث حديثًا.

عدة تلسكوبات راديو كبيرة بيضاء من نوع الطبق تشير إلى السماء الزرقاء الصافية.

تحديثات المصفوفة الكبيرة جدًا - أعيدت تسميتها إلىمجموعة كبيرة جدًا من Karl G. Jansky، ولكن لا يزال معروفًا لعلماء الفلك باسمVLA- سمح للمجالات المغناطيسية في ضواحي المجرات بالبدء في استكشافها. الصورة عبر تيريزا ويجيرت.

تم التقاط بعض الأشعة الكونية في NGC 5775 بواسطةخطوط المجال المغناطيسيفي هالة المجرة. تُظهر خطوط المجال المغناطيسي اتجاه القوة المغناطيسية: على سبيل المثال ، إذا كانت خطوط المجال المغناطيسي القوية تؤثر على بوصلة أرضية ، فستخبر إبرة البوصلة بالاتجاه الذي يجب أن تشير إليه. لهذا السبب تشير إبرة البوصلة إلى الشمال.



شريط أحمر أفقي مع خطوط سوداء تشع من الأطراف.

مغناطيس بار مع برادة حديدية تظهر خطوط المجال المغناطيسي. على غرار هذا ، فإن الإشعاع الصادر من الإلكترونات السريعة جدًا - الأشعة الكونية - يتتبع خطوط المجال المغناطيسي للمجرة أثناء دورانها حولها. صورة عبرالفيزياء المكدس.

في صورة المجرة في الأعلى ، نرى خطوط المجال المغناطيسي على أنها 'خطوط تدفق'. من هذه الخطوط من القوة المغناطيسية يتدفق البث اللاسلكي ، ليتم التقاطه لاحقًا بواسطة VLA. تمتد خطوط المجال بعيدًا بشكل غير متوقع ، على بعد 26000 سنة ضوئية من قرص المجرة NGC 5775. أي ربع حجم المجرة نفسها!

لاحظ أنه في الصور الواردة في هذه المقالة ، تبدو خطوط التدفق للمجال المغناطيسي للمجرة تشبه إلى حد ما 'ستائر' الضوء المتلألئة التي تُرى أحيانًا فيالشفق القطبي، أو الأضواء الشمالية. مثل إبرة البوصلة ، يتم توجيه الشفق القطبي بواسطة خطوط القوة في المجال المغناطيسي للأرض.

الكواكب الأخرى لديها الشفق القطبي أيضًا ؛ كوكب المشتري لديه مجال مغناطيسي قوي بشكل لا يصدق ، أقوى 14 مرة من مجال الأرض!

وبالمقارنة ، فإن المجالات المغناطيسية الموجودة في المجرات هي في حدود مليون مرةأضعفمن الأرض. لذلك قد ترى أنه من المدهش أن نكتشف مثل هذا الشيء من على بعد ملايين السنين الضوئية.

مجرة قطرية على خلفية سوداء ، مع العديد من الخطوط الخضراء الناعمة الممتدة منها.

هذه مجرة ​​أخرى تم تصوير مجالها المغناطيسي باستخدام الملاحظات من VLA. تُظهر هذه الصورة صورة مقربة لـ NGC 4666 بصريًا كما لاحظها هابل ، مع صورة راديو VLA لخطوط المجال المغناطيسي متراكبة باللون الأخضر. هذه المجرة تقع 86 مليونسنوات ضوئيةمنا ، ينتج عددًا أكبر بكثير من النجوم سنويًا من مجرة ​​درب التبانة ويسمى aمجرة النجمي. إن هالتها مع المجال المغناطيسي المصاحب لها هائلة ، حيث تمتد على مسافة 22000 سنة ضوئية من القرص. في هذه المجرة ، اكتشف علماء الفلك أيضًا أن المجال المغناطيسي يغير اتجاهات القرص. حظيت هذه الصورة بذكر مشرف في الآونة الأخيرةمسابقة الصورالمرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي.اقرأ المزيد عن هذه الصورة.الصورة عبر يلينا شتاين /NRAO/ HST / CTIO / J.Irwin et al.

ولكن ما هي المجالات المغناطيسية للمجرة ، حقًا؟ كيف يقيسها علماء الفلك؟

عادة ، المغناطيسية غير مرئية لنا. قد يبدو المغناطيس الموجود في سيارة لعبة والذي يؤثر على سيارة أخرى في مجموعة قطار الأطفال وكأنه سحر (حتى للبالغين الذين يفكرون في ذلك). لا يمكننا رؤية المغناطيسية بأعيننا. ومع ذلك ، فإن المجال المغناطيسي للأرض منتشر في حياتنا ، ويحيط بنا دائمًا ، وقويًا بما يكفي لحمايتنا منهإشعاعات أيونيةمن الشمس ، والتي لولا ذلك من شأنها أن تعيث فسادا في خلايانا.

عندماإلكترونيتحرك بسرعة كبيرة ، بالقرب من سرعة الضوء ، ويطلق عليه اسم أالأشعة الكونية. عندما يقترب شعاع كوني من خط مجال مغناطيسي في مجرة ​​، سوف يدور حوله ويرسل نوعًا خاصًا من الانبعاثات الراديوية يسمىانبعاث السنكروترون. باستخدام تلسكوب لاسلكي مثل VLA ، يمكن لعلماء الفلك قياس هذا الإشعاع الخافت ومعرفة كيف هومستقطب- انبعاث السنكروترون هو متتبع للمجال المغناطيسي الذي تسبب فيه.

لذلك يعرف علماء الفلك أنه حيثما وجد انبعاث السنكروترون في المجرات ، يجب أن يكون هناك أيضًا مجالات مغناطيسية موجودة.

لكن هناك مجموعة من الأشياء التي لا نعرفها بعد. كيف يتم إنشاء المجالات المغناطيسية للمجرة ، وكيف يتم الحفاظ عليها؟

منظر جانبي للمجرة ، مع وجود العديد من الخصلات البيضاء إلى الخضراء النعناعية التي تمتد بعيدًا وتبدو وكأنها زعانف السمكة الذهبية.

NGC 4217 هي مجرة ​​ذات حافة ذات مجال مغناطيسي ممتد بشكل مثير للإعجاب. إنها تشبه مجرتنا درب التبانة من حيث الهيكل وتقع على بعد 67 مليون سنة ضوئية منا. مثل تلك الخاصة بـ NGC 5775 ، هذه الصورة عبارة عن تكوين لصورة تظهر المجرة في ضوء بصري مع بيانات الهيدروجين المتأين باللون الأحمر وبيانات الراديو مع خطوط المجال المغناطيسي متراكبة عليها. الصورة عبر يلينا شتاين /NRAO/ SDSS / KPNO / J.Irwin et al.

عندما تطرح ملاحظاتهم للكون أسئلة ، غالبًا ما يجلس علماء الفلك للعثور على إجاباتهم عبرهانظرية الفيزياء الفلكية. إحدى النظريات الشائعة التي تشرح المجالات المغناطيسيةداخلقرص المجرة يسمى المجرةدينامو. باختصار ، تصف النظرية كيف أن الجزء الداخلي (للمجرة)دينامويخلق المجال المغناطيسي بحركة تشبه السوائل - الدوران والحمل- في الغاز الساخن بحيثالطاقة الحركية(الطاقة الناتجة عن الحركة) تتحول إلى طاقة مغناطيسية.

الدينامو الداخلي لمجرة بعيدة قد يكون مدفوعًا بانفجارات المستعر الأعظم. قد تعمل القوى والحركات الدورانية على إنشاء مجال مغناطيسي كبير ومتماثل. وفي الوقت نفسه ، فإن حركات الغاز الأخرى داخل المجرة - على سبيل المثال ، الغاز المتسرب - من شأنها أن تخلق عدم تناسق داخل المجال.

لكن تذكر ما قلناه سابقًا عن المجال المغناطيسي للمجرة. يُنظر إليه على أنه يمتد بعيدًا بعيدًا في الهالة المحيطة بالمجرة. الشيء الوحيد غير المعروف هو كيف يمكن الحفاظ على المجال المغناطيسي حتى الآن في الهالة. هذا مجال من مجالات البحث والمراقبة الحالية ، حيث تسمح الأدوات الآن لعلماء الفلك باكتشاف وقياس الحقول المغناطيسية عند هذه المستويات الباهتة. هناك تلسكوب راديوي جديد آخر سيساعد بشكل أكبر في هذا المسعى هو المستقبلصفيف كيلومتر مربع.

بالمناسبة ، مجرتنا درب التبانة لديها أيضًا مجال مغناطيسي.الأبحاث الحديثةيُظهر أن المجال المغناطيسي لمجرة درب التبانة يلتف!

ستائر متعددة مموجة خضراء زاهية في الهواء مع بقعة حمراء صغيرة.

عرض في صور مجتمع ForVM. | قد تكون تصورات المجالات المغناطيسية للمجرات مستوحاة جزئيًا من صور مثل هذه الصورة للشفق الأرضي. ومع ذلك ، يتم إنشاء الضوء من الشفق بشكل مختلف قليلاً: من الجزيئات الموجودة في غلافنا الجوي والتي يتم تنشيطها بواسطة الجسيمات المتأينة من الشمس التي يتم التقاطها في المجال المغناطيسي للأرض. التقط David Kakuktinniq في رانكين إنليت ، نونافوت ، كندا ، الشفق القطبي في 12 سبتمبر 2020. وكتب: 'الشفق القطبي فوق خليج هدسون ، مع وجود المريخ بالقرب من مركز الصورة.' شكرا ديفيد!

صور المجالات المغناطيسية للمجرة المعروضة في هذه الصفحة ليست صورًا ، مثل صورة الأضواء الشمالية أعلاه. لا يمكننا رؤية الحقول المغناطيسية للمجرات بالنظر بأعيننا.

بدلاً من ذلك ، يحتاج علماء الفلك إلى إجراء بعض المعالجة الخاصة لاسترداد الحقول المغناطيسية ، من خلال النظر في شدة واستقطاب موجات الراديو. بمجرد حصولك على الاستقطاب ، ستعرف اتجاه المجال المغناطيسي في مواقع مختلفة ويمكنك رسم ذلك في الخريطة على هيئة أسهم (متجهات). هذه الأنواع من الخرائط ليست جذابة جدًا من الناحية المرئية ، لذلك بدلاً من ذلك ، ظهرت المجالات المغناطيسية هنا بتقنية جديدة باستخدام ما يسمىخط التواء متكاملطريقة. إنه يسمح بتنعيم المتجهات مع صورة الهالة في نمط يظهر نفس الشيء تمامًا - شدة واتجاه المجال المغناطيسي. عالم الفلك Jayanne English هو أستاذ في جامعة مانيتوبا وقد قاد أو ساعد في تطوير جميع الصور المعروضة هنا. هييشرح بطريقة جذابة كيفية صنعها هنا.

الخلاصة: حتى وقت قريب ، كانت الحقول المغناطيسية في أطراف المجرات باهتة جدًا بحيث لا يمكن ملاحظتها. تتحدث هذه المقالة عن السبب - وقليلًا عن الكيفية - يمكننا البدء في عرض هذه الحقول الشاسعة الآن.