Gromada kulista w wietrze magnetycznym

Obserwacje pulsarów w 47 Tucanae dostarczają nowego spojrzenia w halo galaktyczne Drogi Mlecznej.

Galaktyczne pole magnetyczne odgrywa ważną rolę w ewolucji naszej galaktyki, ale jego zachowanie na małą skalę jest nadal słabo znane. Nie wiadomo także, czy przenika halo Galaktyki, czy nie. Zespół astronomów obecnie znalazł niespodziewanie silne pole magnetyczne w kierunku gromady kulistej 47 Tucanae w halo Drogi Mlecznej. Orientacja pola magnetycznego wynika z interakcji z wiatrem galaktycznym.

47 Tucanae (w skrócie 47 Tuc) jest spektakularną gromadą kulistą widoczną nieuzbrojonym okiem w konstelacji Tukana na niebie południowym w pobliżu Małego Obłoku Magellana. Pierwszy pulsar w tej gromadzie został odkryty w 1990 roku za pomocą 64-metrowego radioteleskopu Parkes w Australii. Obecnie znanych jest 25 pulsarów w 47 Tuc.

Pulsary są cyklicznymi źródłami pozwalającymi astronomom mierzyć tak zwaną miarę dyspersji, która jest opóźnieniem czasu nadejścia pojedynczych impulsów o różnych częstotliwościach. Opóźnienie to jest proporcjonalne do gęstości wolnych elektronów na drodze od pulsara do Ziemi. W 2001 roku astronomowie zauważyli, że pulsary znajdujące się po drugiej stronie gromady mają większą dyspersję, co sugeruje obecność gazu w gromadzie.

Tym, co czyni 47 Tuc jeszcze bardziej interesującą, jest to, że gromada znajduje się w odległości ok. 15 000 lat świetlnych, w stosunkowo niezakłóconym obszarze halo galaktycznego. Halo otacza dysk galaktyczny i zawiera bardzo mało gwiazd oraz bardzo małe ilości gazu. Pulsary w tej gromadzie mogą dać astronomom wyjątkowy wgląd w geometrię pola magnetycznego w halo galaktycznym na dużą skalę.

Zrozumienie geometrii i siły galaktycznego pola magnetycznego jest niezbędne, aby nakreślić pełen obraz naszej galaktyki. Pola magnetyczne mogą wpływać na powstawanie gwiazd, regulować proporcje wysokoenergetycznych cząstek i pomagać w ustaleniu obecności wypływu gazu z dysku na skalę galaktyczną do otaczającego halo. Pomimo ich znaczenia, wielkoskalowa geometria pól magnetycznych w halo galaktycznym nie jest w pełni znana.

Pola magnetyczne nie są bezpośrednio obserwowalne, ale naukowcy wykorzystują ich wpływ na plazmę o niskiej gęstości, która przenika dysk galaktyczny. W plazmie tej elektrony są oddzielone od jąder atomowych i zachowują się jak małe magnesy. Elektrony są przyciągane przez pole magnetyczne i zmuszone do orbitowania po liniach pola magnetycznego, emitując promieniowanie zwane promieniowaniem synchrotronowym. Oprócz emitowania własnego promieniowania, wolne elektrony pozostawiają również swoistą sygnaturę na spolaryzowanym promieniowaniu, które przemieszcza się przez plazmę. Pole elektromagnetyczne promieniowania spolaryzowanego oscyluje zawsze w tym samym kierunku, a elektrony w namagnesowanym ośrodku będą zmieniać ten kierunek o różne wartości przy różnych częstotliwościach. Efekt ten nazywa się rotacją Faradaya i można go zmierzyć tylko na częstotliwościach radiowych.

Obserwacje spolaryzowanej emisji radiowej działają dobrze, aby ograniczyć pole magnetyczne w dysku galaktycznym, gdzie plazma jest wystarczająco gęsta. Jednak w galaktycznym halo gęstość plazmy jest zbyt niska, aby bezpośrednio obserwować efekty. Z tego powodu geometria i siła pola magnetycznego w halo jest nieznana, a modele przewidują, że mogą one być równoległe lub prostopadłe do dysku. Obecność namagnesowanego wypływu z dysku do halo zasugerowano po obserwacjach w innych galaktykach. Może to również wyjaśniać rozproszoną emisję promieniowania X w Galaktyce.

Dzięki ostatnim obserwacjom pulsarów w 47 Tuc można było zmierzyć ich spolaryzowaną emisję radiową oraz rotację Faradaya. Ukazują one obecność pola magnetycznego w gromadzie kulistej, które jest zaskakująco silne – tak silne, że nie może być utrzymywane przez samą gromadę kulistą, ale wymaga zewnętrznego źródła zlokalizowanego w halo galaktycznym. Kierunek pola magnetycznego jest zgodny z kierunkiem wiatru galaktycznego, prostopadłego do dysku galaktycznego. Oddziaływanie wiatru galaktycznego z gromadą tworzy szok, który wzmacnia pole magnetyczne do obserwowanych wartości.

Ta praca pokazuje nową technikę badania pola magnetycznego w halo galaktycznym. Gromada 47 Tuc jest idealnym celem do obserwacji przy pomocy innowacyjnego radioteleskopu MeerKAT znajdującego się w Południowej Afryce. W niedalekiej przyszłości teleskop MeerKAT znacznie poprawi pomiary polaryzacji i być może nie tylko potwierdzi obecność wiatru galaktycznego ale także pozwoli określić jego właściwości. Co więcej, ten potężny teleskop będzie mógł obserwować inne gromady kuliste w halo galaktycznym i potwierdzać wyniki.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
MPG

Dodaj komentarz

Witryna wykorzystuje Akismet, aby ograniczyć spam. Dowiedz się więcej jak przetwarzane są dane komentarzy.