Глобулярне скупчення, що блукає у галактичному вітрі

Галактичне магнітне поле відіграє важливу роль в еволюції галактик, але його мало-масштабна поведінка досі маловідома. Невідомо також, чи пронизує воно ореол галактики, чи ні.

Про це розповідають в Інституті радіоастрономії Макса Планка в Бонні, Німеччина.

Використовуючи спостереження за пульсарами в глобулярному скупченні «47 Tuc», міжнародна дослідницька група може вперше зондувати галактичне магнітне поле в масштабах кількох світлових років. Це магнітне поле направлене перпендикулярно галактичному диску і може бути пояснене взаємодією з галактичним вітром. Це намагнічений відтік, який простирається з галактичного диска в навколишній ореол, і його існування ніколи раніше не було доведено.

Результати роботи дослідницької команди вчених під керівництвом Федеріко Аббате з Інституту Планка були опублікували в цього тижневому випуску «Nature Astronomy».

47 Tucanae, або 47 Tuc, як його зазвичай називають, - вражаюче глобулярне скупчення, видиме неозброєним оком у сузір′ї "Tucanae" на південному небі, поблизу з Малою Магеллановою Хмарою. Перший пульсар в цьому кластері був виявлений у 1990 році за допомогою 64-метрового радіотелескопа Паркеса в Австралії, і незабаром було знайдено більше за допомогою того ж телескопу. В даний час відомо 25 пульсарів в 47 Tuc. З цієї причини, це дуже добре вивчене глобулярне скупчення стало одним із найважливіших для пульсарних астрономів.

Пульсари – періодичні джерела, які дозволяють астрономам вимірювати так звану ступінь дисперсії, яка являє собою затримкою часу прибуття одиничних імпульсів на різних частотах. Ця затримка пропорційна щільності вільних електронів на шляху від пульсара до Землі. «У 2001 році ми помітили, що пульсари в далекій частині скупчення мали більш високу ступінь дисперсії, ніж ті, що знаходяться на найближчій стороні, що передбачало наявність газу в кластері», - говорить Пауло Фрейр з Інституту Планка, який керував низкою дослідницьких проектів із 47 Tuc.

Що робить «Tuc 47» ще цікавішим, це те, що кластер знаходиться на відстані близько 15 тисяч світлових років, розташований у відносно непорушеному районі галактичного ореолу. Ореол оточує галактичний диск і містить дуже мало зірок і дуже малу кількість газу. «Пульсари в цьому скупченні можуть дати нам унікальне і безпрецедентне уявлення про масштабну геометрію магнітного поля в галактичному ореолі», - каже Федеріко Аббате, провідний автор статті.

Розуміння геометрії та сили галактичних магнітних полів є важливим для того, щоб скласти повну картину галактики. Магнітні поля можуть впливати на утворення зірок, регулювати поширення високоенергетичних частинок і сприяти встановленню наявності відтоку газу в галактичному масштабі від диска до навколишнього ореолу. Незважаючи на свою важливість, велико-масштабна геометрія магнітних полів у галактичному ореолі не повністю відома.

Магнітні поля безпосередньо не спостерігаються, але вчені використовують їх вплив на плазму низької щільності, що пронизує галактичний диск. У цій плазмі електрони відокремлені від атомних ядер і поводяться як маленькі магніти. Електрони притягуються магнітним полем і змушені рухатися орбітами ліній магнітного поля, випускаючи випромінювання, відоме як синхротронне випромінювання. Окрім випускання власного випромінювання, вільні електрони також залишають своєрідний підпис на поляризованому випромінюванні, яке проходить через плазму. Електромагнітне поле поляризованого випромінювання коливається завжди в одному напрямку, і електрони в намагніченому середовищі будуть обертатися у цьому напрямку на різних частотах у різних кількостях. Цей ефект називається обертанням Фарадея і вимірюється лише на радіочастотах.

Спостереження за поляризованим радіовипромінюванням добре працюють для обмеження магнітного поля в галактичному диску, де плазма досить щільна. Однак у галактичному ореолі щільність плазми занадто низька, щоб безпосередньо спостерігати ефекти. З цієї причини геометрія та сила магнітного поля в ореолі невідомі, і моделі передбачають, що воно може бути або паралельним, або перпендикулярним диску. Присутність намагніченого відтоку з диска до ореолу було запропоновано після спостережень в інших галактиках. Це також може пояснити дифузне рентгенівське випромінення у галактиці.

Недавні спостереження пульсарів у «47 Tuc», виконані також за допомогою радіотелескопа Паркса в Австралії, змогли виміряти їх поляризоване радіовипромінювання та обертання Фарадея. Вони показують наявність магнітного поля в глобулярному скупченні, яке на дивно сильне – насправді настільки сильне, що не може підтримуватися самим глобулярним кластером, а вимагає зовнішнього джерела, розташованого в галактичному ореолі. Напрямок магнітного поля сумісний із напрямом галактичного вітру, перпендикулярного до галактичного диска. Взаємодія галактичного вітру і кластеру утворює удар, що підсилює магнітне поле до спостережуваних значень.

Ця робота розкриває нову методику вивчення магнітного поля в галактичному ореолі. Цей кластер є ідеальною ціллю для спостережень за допомогою інноваційного радіотелескопа MeerKAT в Південній Африці. «Найближчим часом телескоп MeerKAT значно покращить поляризаційні вимірювання і, можливо, не тільки підтвердить наявність галактичного вітру, але й обмежить його властивості», - говорить Андреа Поссенті з астрономічної обсерваторії INAF-Кальярі, яка разом з MeerKAT та MPIfR з бере участь у дослідженні пульсарів глобулярного скупчення. Більше того, цей потужний телескоп, зокрема з його подальшим розвитком до Квадратного кілометрового масиву, має можливість спостерігати за іншими глобулярними скупченнями в ореолі та підтверджувати результати.

Читайте ще цікаві новини про космос.