Pola magnetyczne występują w kosmosie zarówno w przypadku obiektów niewielkich (np. planety), jak i bywają rozciągnięte na duże obszary. Zespół naukowców z Uniwersytetu Jagiellońskiego i CSIRO w Australii opublikował właśnie pracę, która opisuje ogromną, regularnie namagnesowaną strukturę w zwartej grupie galaktyk – Kwintecie Stefana.
Pole magnetyczne w kosmosie nie jest niczym dziwnym: jego obecność wykrywana jest w zarówno na niewielkich, skalistych planetach, jak i w rozciągających się na miliony lat świetlnych otoczkach wokół gromad galaktyk. Jest to byt nie tylko powszechny, ale też niezmiernie ważny: choć niewidoczne gołym okiem, to właśnie pole magnetyczne w znacznym stopniu steruje ewolucją galaktyk, umożliwia – albo wręcz blokuje - formację gwiazd, utrzymuje „w ryzach” naładowane cząstki wyrzucane w dżetach kwazarów. Nasza wiedza o polach magnetycznych, choć wciąż poszerzana, dalej jest stosunkowo uboga – w szczególności, jeśli chodzi o ich strukturę w naszej Galaktyce, czy też możliwości magnetyzacji szerokich obszarów pozornie pustej przestrzeni kosmicznej przez obiekty już namagnesowane.
Pole magnetyczne w kosmosie może być regularne, uporządkowane lub chaotyczne. Najczęściej spotyka się je w tej ostatniej konfiguracji pozbawione jakiejkolwiek wyróżnionej orientacji. Pole takie potrafi ciągnąć się na ogromnych obszarach, tworząc swoistą magnetyczną zupę, w której zanurzone są pojedyncze galaktyki, a nawet całe ich układy. Stosunkowo rzadsze jest pole uporządkowane: o wyróżnionym kierunku, ale nie zwrocie. Powstaje, gdy pole chaotyczne ulega rozciąganiu lub ściskaniu w wyniku oddziaływań pomiędzy galaktykami. Te pola również potrafią zajmować ogromne obszary: łukowate relikty spotykane w gromadach galaktyk nierzadko osiągają setki tysięcy kilometrów. Najrzadsze są pola całkowicie regularne: posiadają one wyróżniony zarówno kierunek, jak i zwrot. Ich wytworzenie jest wyjątkowo trudne: najczęściej potrzebny jest do tego mechanizm dynama magnetohydrodynamicznego. Ten pracuje efektywnie w niewielkiej części galaktyk, głównie spiralnych (ale też nie wszystkich, a z kolei niektórych nieregularnych też to może dotyczyć).
Powstałe w wyniku jego działania pole utrzymuje się w dysku galaktycznym, a na zewnątrz wydostaje praktycznie tylko w wyniku wyciągania gazu (w który jest wmrożone) podczas oddziaływań – na przykład z innymi galaktykami. Jedynymi strukturami regularnie namagnesowanymi poza galaktykami są wąskie, wyciągnięte ramiona spiralne, ponieważ struktura pola obecna poza dyskiem z łatwością ulega rozrywaniu. Nawet jeśli sięgają nawet kilkudziesięciu tysięcy lat świetlnych na długość, to ich „szerokość” czy też „grubość” nie przekracza kilku tysięcy lat świetlnych. Podobnie jest z ogonami powstałymi w wyniku „wypychania” materii przez supernowe: proces taki nie skutkuje tworzeniem się rozległych obszarów regularnie namagnesowanych poza galaktykami.
Zespół naukowców z Uniwersytetu Jagiellońskiego i CSIRO w Australii opublikował pracę, która opisuje ogromną, regularnie namagnesowaną strukturę w niewielkiej, zwartej grupie galaktyk – Kwintecie Stephana. Obiekt ten uchodzi za modelowy układ w swojej klasie – galaktyki wchodzące w jego skład oddziałują ze sobą, wyciągając materię w przestrzeń wewnątrz grupy lub nawet poza samą grupę. Analiza regularnego pola magnetycznego przeprowadzona została przy użyciu metody syntezy miary rotacji (Rotation Measure Synthesis), polegającej na badaniu zmienności kąta polaryzacji w szerokim, dobrze próbkowanym obszarze widma radiowego. Zmiana kąta oznacza skręcenie płaszczyzny polaryzacji przychodzącej fali – dzieje się tak w obecności regularnego pola magnetycznego wzdłuż linii wzroku źródło – obserwator (efekt Faradaya). Obserwacje Kwintetu ujawniają, że źródła radiowe znajdujące się w obszarze grupy lub za nią znajdują się w obszarze jednej, konsystentnej, regularnie namagnesowanej struktury. Badania sugerują, że obserwacji tych praktycznie nie da się wytłumaczyć, jeśli strukturę tę umieścimy wewnątrz Drogi Mlecznej. Przeczyłoby to wszelkim znanym modelom naszej Galaktyki. Stąd też jedynym miejscem, gdzie może się ona znajdować, są okolice Kwintetu Stephana.
Rysunek 2. Te niepozorne wykresy stanowią najważniejszą część pracy: obrazowy dowód na istnienie jednej, rozległej, regularnie namagnesowanej struktury magnetycznej w Kwintecie Stephana. Prezentują one zależność siły sygnału w zależności od tzw. głębokości Faradayowskiej (Faraday Depth, FD). Pik poniżej zera reprezentuje sygnał z Drogi Mlecznej, ten powyżej – sygnał przypisany okolicom Kwintetu Stephana. Oszacowanie (niektórych!) parametrów napotkanego pola regularnego możliwe jest na podstawie analizy odległości między poszczególnymi pikami (im większa, tym silniejsze pole), położeniu poniżej, bądź powyżej zera na osi FD (zwrot pola w stosunku do obserwatora oraz ewentualna jego zmiana), czy też przynależności do konkretnej struktury (o tej mówimy, gdy wykresy dla kilku różnych punktów na niebie mają taki sam układ pików: zbliżona odległość między nimi, czy też pozycja w przestrzeni Faradaya). Spośród wszystkich zarejestrowanych obiektów w okolicach Kwintetu, te znajdujące się w nim, bądź też za nim mają bardzo podobną konfigurację pików w przestrzeni Faradaya; te poza obszarem grupy wyglądają zupełnie inaczej.
Wygląda na to, że jest to swoisty „ekran” magnetyczny, długi na co najmniej 200, szeroki na co najmniej 130 i głęboki na co najmniej 65 tysięcy lat świetlnych. Jest to największa znana, regularnie namagnesowana struktura we Wszechświecie i jedyna odkryta poza pojedynczymi galaktykami, bądź ich parami. Co więcej – póki co nie ma pewności, w jaki sposób powstała. Najprawdopodobniej jest to materia wyciągnięta z jednej z galaktyk wchodzących w skład Kwintetu – ciężko jednak wyobrazić sobie, jaki musiałby być przebieg oddziaływań, żeby uzyskać byt aż tak rozległy przestrzennie.
Odpowiedź na te pytania może przynieść zaplanowana, ponowna wizyta w Kwintecie: dzięki pozyskanym już danym z innych instrumentów (w tym z interferometru LOFAR – najnowocześniejszego, paneuropejskiego radioteleskopu pracującego na falach metrowych, którego istotną część stanowią 3 polskie stacje) możliwe będzie jeszcze dokładniejsze przebadanie śladów regularnego pola i określenie jego parametrów. W szczególności – być może uda się znaleźć jego źródło, albo choćby wskazówki, czym tak naprawdę jest niespodziewanie wykryty, namagnesowany „ekran”.
Czytaj więcej:
- Oryginalna publikacja: A Large-scale, Regular Intergalactic Magnetic Field Associated with Stephan's Quintet?, Błażej Nikiel-Wroczyński1, Marian Soida1, George Heald2, Marek Urbanik1, The Astrophysical Journal, 2020, 898, 110
- Zwarte grupy galaktyk obserwowane z udziałem interferometru radiowego LOFAR
Opracowanie: Błażej Nikiel-Wroczyński, Elżbieta Kuligowska
Źródło: OAUJ
Na ilustracji powyżej: Kwintet Stephana w całej okazałości. Odkryty w 1877 roku, został już kiedyś zdegradowany do roli kwartetu, a potem znów awansowany. Spośród pięciu galaktyk widocznych na ilustracji, tylko cztery są jego częścią; ta widoczna na południu znajduje się około 8 razy bliżej, a piąty składnik grupy leży nieco bardziej na lewo od krawędzi mapy. Wyrysowane kontury ukazują rozległość radiowej otoczki Kwintetu; jest ona jeszcze większa, niż „ekran” i zawiera w przeważającej większości pola chaotyczne i uporządkowane, pozostałość po burzliwej historii tej niewielkiej grupy. Źródło: OAUJ/Publikacja Zespołu