Spiralne pole magnetyczne owijające się wokół chmury molekularnej w Orionie. Źródło zdjęcia: NRAO / AUI / NSF Kliknij, aby powiększyć
Astronomowie ogłosili dzisiaj (czwartek, 12 stycznia), co może być pierwszym odkryciem spiralnego pola magnetycznego w przestrzeni międzygwiezdnej, zwiniętej jak wąż wokół chmury gazu w gwiazdozbiorze Oriona.
„Możesz myśleć o tej strukturze jak o gigantycznym, magnetycznym Slinky owiniętym wokół długiej, międzygwiezdnej chmury przypominającej palec” - powiedział Timothy Robishaw, absolwent astronomii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley. „Linie pola magnetycznego są jak rozciągnięte gumki; napięcie ściska chmurę w jej filamentowy kształt. ”
Astronomowie od dawna mają nadzieję znaleźć konkretne przypadki, w których siły magnetyczne bezpośrednio wpływają na kształt chmur międzygwiezdnych, ale według Robishawa „teleskopy po prostu nie sprostały zadaniu… aż do teraz”.
Odkrycia dostarczają pierwszych dowodów struktury pola magnetycznego wokół międzygwiezdnej chmury w kształcie filamentu znanej jako chmura molekularna Oriona.
Dzisiejsze oświadczenie Robishawa i Carla Heilesa, profesora astronomii z UC Berkeley, zostało wygłoszone podczas prezentacji na spotkaniu American Astronomical Society w Waszyngtonie, D.C.
Międzygwiezdne chmury molekularne są miejscem narodzin gwiazd, a Chmura Molekularna Oriona zawiera dwie takie gwiezdne żłobki - jedną w pasie, a drugą w mieczu konstelacji Oriona. Chmury międzygwiezdne są gęstymi regionami osadzonymi w ośrodku zewnętrznym o znacznie mniejszej gęstości, ale „gęste” chmury międzygwiezdne są, według standardów Ziemi, idealną próżnią. W połączeniu z siłami magnetycznymi jest to duży rozmiar tych chmur, które wytwarzają wystarczającą grawitację, aby zebrać je razem, tworząc gwiazdy.
Astronomowie już od pewnego czasu wiedzą, że wiele chmur molekularnych to struktury włókienkowe, których kształty można wyrzeźbić na podstawie równowagi między siłą grawitacji a polami magnetycznymi. Tworząc teoretyczne modele tych chmur, większość astrofizyków potraktowała je raczej jako kule, a nie jak włókna palcowe. Jednak teoretyczne leczenie opublikowane w 2000 r. Przez dr. Jason Fiege i Ralph Pudritz z McMaster University zasugerowali, że przy właściwym leczeniu, molekularne chmury molekularne powinny wykazywać spiralne pole magnetyczne wokół długiej osi chmury. To pierwsze obserwacyjne potwierdzenie tej teorii.
„Mierzenie pól magnetycznych w przestrzeni jest bardzo trudnym zadaniem”, powiedział Robishaw, „ponieważ pole w przestrzeni międzygwiezdnej jest bardzo słabe i ponieważ istnieją systematyczne efekty pomiarowe, które mogą dawać błędne wyniki”.
Sygnatura pola magnetycznego skierowanego w stronę Ziemi lub od niej jest znana jako efekt Zeemana i jest obserwowana jako podział linii częstotliwości radiowej.
„Analogią byłoby, gdy skanujesz radio i wybierasz tę samą stację oddzieloną małą pustą przestrzenią”, wyjaśnił Robishaw. „Rozmiar pustej przestrzeni jest wprost proporcjonalny do siły pola magnetycznego w miejscu w przestrzeni, w której stacja jest nadawana.”
W tym przypadku sygnał jest nadawany z częstotliwością 1420 MHz na tarczy radiowej przez wodór międzygwiezdny - najprostszy i najliczniejszy atom we wszechświecie. Nadajnik znajduje się w odległości 1750 lat świetlnych w gwiazdozbiorze Oriona.
Antena, która otrzymała te transmisje radiowe, to Teleskop Green Bank National Science Foundation (GBT), obsługiwany przez National Radio Astronomy Observatory. Teleskop o wysokości 148 metrów i antenie o średnicy 100 metrów znajduje się w Zachodniej Wirginii, gdzie 13 000 mil kwadratowych zostało wydzielonych jako cicha strefa radia krajowego. Dzięki temu radio astronomowie mogą obserwować fale radiowe pochodzące z kosmosu bez zakłóceń pochodzących od sygnałów człowieka.
Korzystając z GBT, Robishaw i Heiles zaobserwowali fale radiowe wzdłuż przekrojów w Chmurze Molekularnej Oriona i stwierdzili, że pole magnetyczne odwróciło swój kierunek, wskazując na Ziemię po górnej stronie chmury i od niej na dole. Wykorzystali wcześniejsze obserwacje światła gwiazd, aby sprawdzić, w jaki sposób pole magnetyczne przed chmurą jest zorientowane. (Nie ma możliwości uzyskania informacji o tym, co dzieje się za chmurą, ponieważ chmura jest tak gęsta, że ani światło optyczne, ani fale radiowe nie mogą jej przeniknąć.) Po połączeniu wszystkich dostępnych pomiarów wyłonił się obraz korkociągu otaczającego chmurę .
„Te wyniki były dla mnie niesamowicie ekscytujące z wielu powodów” - powiedział Robishaw. „Istnieje naukowy wynik struktury pola helikalnego. Potem jest udany pomiar: ten rodzaj obserwacji jest bardzo trudny i zajęło dziesiątki godzin na teleskopie, aby zrozumieć, jak ta ogromna antena reaguje na spolaryzowane fale radiowe, które są sygnaturą pola magnetycznego ”.
Wyniki tych badań sugerują Robishawowi i Heilesowi, że GBT jest nie tylko niezrównany wśród dużych radioteleskopów do pomiaru pól magnetycznych, ale jako jedyny może niezawodnie wykrywać słabe pola magnetyczne.
Heiles ostrzegł, że istnieje jedno możliwe alternatywne wyjaśnienie obserwowanej struktury pola magnetycznego: pole może być owinięte wokół przedniej części chmury.
„To bardzo gęsty obiekt” - powiedział Heiles. „Zdarza się również, że leży w wydrążonej skorupie bardzo dużej fali uderzeniowej, która powstała, gdy wiele gwiazd eksplodowało w sąsiedniej konstelacji Eridana.”
Ta fala uderzeniowa przenosiłaby wraz z nim pole magnetyczne, „dopóki nie dotrze do chmury molekularnej! Linie pola magnetycznego rozciągałyby się na powierzchni chmury i owijały się po bokach. Podpis takiej konfiguracji byłby bardzo podobny do tego, co widzimy teraz. To, co naprawdę przekonuje nas, że jest to pole spiralne, polega na tym, że wydaje się, że istnieje stały kąt nachylenia względem linii pola na powierzchni chmury ”.
Sytuację można jednak wyjaśnić za pomocą dalszych badań. Robishaw i Heiles planują rozszerzyć swoje pomiary w tej chmurze i innych przy użyciu GBT. Będą również współpracować z kanadyjskimi kolegami przy użyciu światła gwiazd do pomiaru pola na powierzchni tej i innych chmur.
„Nadzieją jest dostarczenie wystarczających dowodów, aby zrozumieć, jaka jest prawdziwa struktura tego pola magnetycznego”, powiedział Heiles. „Jasne zrozumienie jest niezbędne, aby naprawdę zrozumieć procesy, w których chmury molekularne tworzą gwiazdy w galaktyce Drogi Mlecznej.”
Badania były wspierane przez National Science Foundation.
