Các thiên hà xoắn ốc có từ trường đã được biết đến trong hơn nửa thế kỷ (và dự đoán rằng chúng nên tồn tại trước khi phát hiện ra trong vài năm), và một số từ trường Thiên hà đã được lập bản đồ rất chi tiết.
Nhưng làm thế nào mà những từ trường này có được những đặc điểm mà chúng ta quan sát thấy chúng có? Và làm thế nào để họ kiên trì?
Một bài báo gần đây của các nhà thiên văn học Anh Stas Shabala, James Mead và Paul Alexander có thể chứa câu trả lời cho những câu hỏi này, với bốn quá trình vật lý đóng vai trò chính: truyền khí lạnh vào đĩa, phản hồi siêu tân tinh (hai điều này làm tăng sự nhiễu loạn từ nam châm), sự hình thành sao (điều này loại bỏ khí và do đó năng lượng hỗn loạn từ khí lạnh) và xoay thiên hà khác biệt (điều này liên tục chuyển năng lượng trường từ trường ngẫu nhiên không liên tục vào trường có trật tự). Tuy nhiên, ít nhất một quá trình quan trọng khác là cần thiết, bởi vì các mô hình của các nhà thiên văn học không phù hợp với các trường quan sát của các thiên hà xoắn ốc khổng lồ.
Phát xạ synchrotron Radio Radio của các electron năng lượng cao trong môi trường liên sao (ISM) cho thấy sự hiện diện của từ trường trong các thiên hà. Các biện pháp quay (RM) của các nguồn phân cực nền cho thấy hai loại trường: một trường ngẫu nhiên, không kết hợp trên quy mô lớn hơn sự hỗn loạn của ISM; và một trường theo thứ tự xoắn ốc thể hiện sự gắn kết quy mô lớn, các tác giả viết. Đối với một thiên hà điển hình, các lĩnh vực này có thế mạnh là vài μG. Trong một thiên hà như M51, từ trường kết hợp được quan sát thấy có liên quan đến các nhánh xoắn ốc quang học. Những trường như vậy rất quan trọng trong sự hình thành sao và vật lý của các tia vũ trụ, và cũng có thể có ảnh hưởng đến sự tiến hóa của thiên hà, tuy nhiên, mặc dù tầm quan trọng của chúng, các câu hỏi về nguồn gốc, sự tiến hóa và cấu trúc của chúng vẫn chưa được giải quyết.
Lĩnh vực vật lý thiên văn này đang có những tiến bộ nhanh chóng, với sự hiểu biết về cách mà trường ngẫu nhiên được tạo ra đã được thiết lập hợp lý chỉ trong thập kỷ qua hoặc lâu hơn (nó được tạo ra bởi nhiễu loạn trong ISM, được mô phỏng như một từ trường một pha (MHD) chất lỏng, trong đó dòng từ trường được đông lạnh). Mặt khác, việc sản xuất trường quy mô lớn bằng cách cuộn các trường ngẫu nhiên thành một vòng xoắn ốc, bằng cách quay vi sai (một máy phát điện), đã được biết đến lâu hơn nhiều.
Các chi tiết về cách trường được sắp xếp theo hình xoắn ốc hình thành khi các thiên hà đó tự hình thành - trong vòng vài trăm triệu năm kể từ khi tách rời vật chất baryonic và bức xạ (đã tạo ra nền vi sóng vũ trụ mà chúng ta thấy ngày nay) - đang trở nên rõ ràng những giả thuyết này vẫn chưa thể thực hiện được, theo quan sát (rất ít thiên hà có độ dịch chuyển đỏ cao đã được nghiên cứu trong quang học và NIR, chưa kể đã có từ trường được ánh xạ chi tiết).
Phần mềm Chúng tôi trình bày nỗ lực đầu tiên (theo hiểu biết của chúng tôi) để bao gồm các từ trường trong mô hình tiến hóa và hình thành thiên hà tự nhất quán. Một số tính chất của thiên hà được dự đoán và chúng tôi so sánh chúng với dữ liệu có sẵn, theo ông Shabala, Mead và Alexander. Họ bắt đầu với một mô hình tiến hóa và hình thành thiên hà phân tích, trong đó có dấu vết làm mát khí, hình thành sao và các quá trình phản hồi khác nhau trong bối cảnh vũ trụ. Mô hình đồng thời tái tạo các tính chất thiên hà cục bộ, lịch sử hình thành sao của Vũ trụ, sự phát triển của chức năng khối sao đến z ~ 1,5 và sự hình thành sớm của các thiên hà khổng lồ. Trung tâm của mô hình là động năng hỗn loạn ISM và năng lượng từ trường ngẫu nhiên: cả hai trở nên bằng nhau về thời gian diễn ra tức thời trên thời gian vũ trụ.
Do đó, các trình điều khiển là các quá trình vật lý bơm năng lượng vào ISM và loại bỏ năng lượng khỏi nó.
Một trong những nguồn phun năng lượng quan trọng nhất vào ISM là siêu tân tinh, các tác giả viết. Sự hình thành Ngôi sao loại bỏ năng lượng hỗn loạn, như bạn mong đợi, và khí đốt được bồi đắp từ vầng hào quang vật chất tích tụ năng lượng tiềm tàng của nó trong hỗn loạn. Trong mô hình của họ chỉ có bốn tham số miễn phí - ba mô tả hiệu quả của các quá trình thêm hoặc loại bỏ nhiễu loạn khỏi ISM, và một tham số phát sinh từ trường nhanh như thế nào từ các ngẫu nhiên.
Shabala, Mead và Alexander có hào hứng với kết quả của họ không? Bạn là giám khảo: Hai mẫu địa phương được sử dụng để kiểm tra các mô hình. Mô hình tái tạo cường độ từ trường và độ sáng vô tuyến tốt trên một loạt các thiên hà có khối lượng trung bình và thấp.
Và họ nghĩ điều gì là cần thiết để giải thích cho các quan sát thiên văn chi tiết về các thiên hà xoắn ốc có khối lượng lớn? Việc đưa khí thải vào khí thải bằng AGN mạnh là cần thiết để làm dịu khí.
Không cần phải nói rằng thế hệ kính viễn vọng vô tuyến tiếp theo - EVLA, SKA và LOFAR - sẽ đưa tất cả các mô hình từ trường trong các thiên hà (không chỉ xoắn ốc) vào các thử nghiệm nghiêm ngặt hơn nhiều (và thậm chí cho phép các giả thuyết về sự hình thành của các trường đó, hơn 10 tỷ năm trước, sẽ được thử nghiệm).
Nguồn: Từ trường trong các thiên hà: I. Đĩa vô tuyến trong các thiên hà loại muộn cục bộ
