Galaktyki spiralne są ikoną. Są używane w logo produktów i we wszystkich innych miejscach. Żyjemy nawet w jednym. I chociaż może wydawać się oczywiste, w jaki sposób uzyskują swój kształt poprzez obracanie, tak nie jest.
Naukowcy wciąż są zaskoczeni galaktykami spiralnymi i tym, jak przybierają formę, z eleganckimi ramionami pełnymi gwiazd. Astronomowie współpracujący z SOFIA, Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, badają rolę pól magnetycznych, obserwując galaktyki spiralne inne niż nasza. Ostatnio naukowcy z SOFIA obserwowali galaktykę M77, znaną również jako NGC 1068, i przedstawili swoje wyniki w nowym badaniu.
Nowe badanie zatytułowane „SOFIA / HAWC + śledzi pola magnetyczne w NGC 1068” i zostanie opublikowane w czasopiśmie Astrophysical Journal. Głównym autorem jest Enrique Lopez-Rodriguez, naukowiec z University Space Space Association w SOFIA Science Center w NASA Ames Research Center.
„Pola magnetyczne są niewidoczne, ale mogą wpływać na ewolucję galaktyki” - powiedział Lopez-Rodriguez w komunikacie prasowym. „Doskonale rozumiemy wpływ grawitacji na struktury galaktyczne, ale dopiero zaczynamy poznawać rolę pól magnetycznych”.
M77 jest galaktyką spiralną oddaloną o około 47 milionów lat świetlnych. To galaktyka spiralna z poprzeczką, mimo że paska nie widać w świetle widzialnym. Ma aktywne jądro galaktyczne, również niewidoczne w świetle widzialnym, i zawiera supermasywną czarną dziurę (SMBH), która jest dwa razy masywniejsza niż Sgr A *, SMBH w centrum Drogi Mlecznej. M77 jest większy niż Droga Mleczna: ma promień około 85 000 lat świetlnych, a Droga Mleczna ma około 53 000. M77 ma około 300 miliardów gwiazd, podczas gdy Droga Mleczna ma od 250 do 400 miliardów.
M 77 jest najbliższą wielką galaktyką spiralną z zarówno jasnym aktywnym jądrem galaktycznym (AGN), jak i świetlistym krążeniem gwiazdowo-jądrowym.
Spiralne ramiona M 77 są pełne obszarów intensywnego formowania się gwiazd zwanych wybuchami gwiazd. Niewidzialne linie pola magnetycznego ściśle podążają za ramionami spiralnymi, chociaż nasze oczy ich nie widzą. Ale SOFIA może, a ich istnienie popiera szeroko rozpowszechnioną teorię, która wyjaśnia, w jaki sposób te ramiona zyskują formę. Nazywa się to „teorią fali gęstości”.
Zanim w połowie lat 60. opracowano teorię fali gęstości, istniały problemy z wyjaśnieniem ramion spiralnych w galaktyce. Według „problemu z uzwojeniem” ramiona spiralne zniknęłyby już po kilku orbitach i byłyby nie do odróżnienia od reszty galaktyki.
Oto krótki film pokazujący problem z uzwojeniem.
Teoria fal gęstości mówi, że same ramiona są oddzielone od gwiazd oraz gazu i pyłu, które przemieszczają się przez fale gęstości. Ramiona są widoczną częścią samych fal gęstości, a gwiazdy wchodzą i wychodzą z fal. Więc ramiona nie są trwałymi strukturami wykonanymi z gwiazd, nawet jeśli tak to wygląda.
Oto krótki film pokazujący, jak fale gęstości tworzą ramiona spiralne w galaktykach.
Obserwacje SOFIA pokazują, że linie pola magnetycznego rozciągają się wzdłuż ramion w odległości 24 000 lat świetlnych. Według badań siły grawitacyjne, które pomogły stworzyć spiralny kształt galaktyki, ściskają pola magnetyczne, co wspiera teorię fali gęstości.
„Po raz pierwszy widzimy pola magnetyczne ustawione w tak dużych skalach z obecnymi narodzinami gwiazd w ramionach spiralnych”, powiedział Lopez-Rodriquez. „Zawsze ekscytujące są dowody obserwacyjne potwierdzające teorie”.
Linie pola magnetycznego w galaktykach są bardzo trudne do zaobserwowania, a najnowszy instrument SOFIA umożliwia. Nazywa się HAWC + lub wysokiej rozdzielczości szerokopasmowa kamera powietrzna o wysokiej rozdzielczości. HAWC + działa w dalekiej podczerwieni, aby obserwować ziarna pyłu, które są ustawione prostopadle do linii pola magnetycznego w M77. To pozwala astronomom wnioskować o kształcie i kierunku leżącego pod spodem pola magnetycznego.
W M 77 występuje wiele potencjalnych zakłóceń, takich jak rozproszone światło widzialne i promieniowanie z cząstek wysokoenergetycznych, ale nie wpływają one na daleką podczerwień. Zdolność SOFIA do widzenia przy długości fali 89 mikronów pozwala wyraźnie widzieć ziarna pyłu. HAWC + to również polarymetr obrazowy, urządzenie, które mierzy i interpretuje spolaryzowaną energię elektromagnetyczną.
To badanie dotyczy tylko galaktyki z jednym ramieniem spiralnym, więc jest jeszcze wiele do zrobienia. Nie jest jasne, w jaki sposób linie pola magnetycznego mogą odgrywać rolę w strukturze innych galaktyk, w tym nieregularnych. Wygląda jednak na to, że ten zespół opracował metodę badania tych galaktyk.
Jak mówią w podsumowaniu pracy: „Przedstawione tutaj wyniki, wraz z naszymi wcześniejszymi badaniami M 82 i NGC 253 (Jones i in. 2019), dostarczają dowodów na to, że polarymetria FIR (Far-Infrared) może być cennym narzędziem do badania struktury pola magnetycznego w galaktykach zewnętrznych, szczególnie w obszarach o dużej głębokości optycznej. ”
Więcej:
- Informacja prasowa: Jak kształtować galaktykę spiralną
- Artykuł badawczy: SOFIA / HAWC + śledzi pola magnetyczne w NGC 1068
- HAWC +
- Space Magazine: Messier 77 - Cetus A Barred Spiral Galaxy
