Źródło zdjęcia: Hubble
Naukowcy z University of California pracujący w Los Alamos National Laboratory zaproponowali nową teorię wyjaśniającą ruch ogromnych pól energetycznych w gigantycznych galaktykach radiowych (GRG). Teoria może być podstawą do zupełnie nowego zrozumienia sposobu, w jaki promienie kosmiczne - i ich charakterystyczne fale radiowe - rozprzestrzeniają się i przemieszczają w przestrzeni międzygalaktycznej.
W artykule opublikowanym w tym miesiącu w The Astrophysical Journal Letters naukowcy wyjaśniają, w jaki sposób ponowne połączenie pola magnetycznego może być odpowiedzialne za przyspieszenie relatywistycznych elektronów w dużych objętościach międzygalaktycznych. Oznacza to ruch naładowanych cząstek w przestrzeni, które pierwotnie były energetyzowane przez ogromne czarne dziury.
„Jeśli nasze rozumienie tego procesu jest prawidłowe”, mówi astrofizyk z Los Alamos Philipp Kronberg, „może to być zmiana paradygmatu w obecnym myśleniu o naturze GRG i promieni kosmicznych”.
Naukowcy wciąż nie do końca rozumieją, dlaczego dochodzi do ponownego połączenia pola magnetycznego, ale o tym wiadomo: głębsze zrozumienie mechanizmu może mieć ważne zastosowania na Ziemi, takie jak stworzenie systemu ograniczania magnetycznego dla reaktorów energii syntezy jądrowej.
Jeśli teoria naukowców z Los Alamos jest poprawna, odkrycie to ma również szeroko zakrojone konsekwencje astrofizyczne. Oznacza to, że ponowne połączenie pola magnetycznego lub jakiś inny bardzo wydajny proces konwersji energii pola na cząstkę może być głównym źródłem wszystkich pozagalaktycznych źródeł radiowych, a być może również tajemniczych „ultra wysokoenergetycznych cząstek promieniowania kosmicznego”.
Gigantyczne galaktyki radiowe są rozległymi obiektami niebieskimi, które emitują kontinuum fal radiowych wykrywalnych za pomocą radioteleskopów, takich jak te w Very Large Array w Socorro, NM. Wykorzystując kompleksowe dane dotyczące siedmiu największych galaktyk radiowych we Wszechświecie zebranych w ciągu ostatnich dwóch dekad, naukowcom udało się zbadać pola energii promieniowania kosmicznego, które są wyrzucane z ośrodków GRG - które prawie na pewno zawierają supermasywne czarne dziury - na zewnątrz aż do kilku milionów lat świetlnych w przestrzeń międzygalaktyczną (1 rok świetlny = 5,900 000 000 000 mil).
Naukowcy z Los Alamos doszli do wniosku, że wysoka zawartość energii w tych gigantycznych galaktykach radiowych, ich duże uporządkowane struktury pola magnetycznego, brak silnych wstrząsów na dużą skalę i bardzo niskie wewnętrzne gęstości gazu wskazują na bezpośrednią i wydajną konwersję pola magnetycznego na energię cząstek w procesie, który astrofizycy nazywają ponownym połączeniem pola magnetycznego. Ponowne połączenie pola magnetycznego jest procesem, w którym linie pola magnetycznego łączą się i znikają, przekształcając energię pola w energię cząstek. Ponowne połączenie jest uważane za kluczowy proces w koronie słonecznej do produkcji rozbłysków słonecznych oraz w eksperymentalnych urządzeniach do syntezy jądrowej zwanych tokamakami. Występuje również w interakcji między wiatrem słonecznym a ziemskim polem magnetycznym i jest uważana za główną przyczynę burz magnetosferycznych.
Badania wykazały, że pomiar całkowitej zawartości energii co najmniej jednej z tych gigantycznych radiowych galaktyk - która, jak się uważa, ma w środku czarną dziurę o masie równej 100 milionów razy większej niż masa naszego Słońca - wyniosła 10 61 ergów. Erg to miara energii, w której jeden erg to ilość energii potrzebna do podniesienia jednego grama ciężaru na odległość jednego centymetra. Ten poziom energii wynoszący 10 61 ergów jest kilkakrotnie większy niż energia termojądrowa, którą wszystkie gwiazdy w galaktyce mogą uwolnić, co stanowi znaczący dowód dla badaczy, że źródłem mierzonej energii nie może być typowa fuzja słoneczna, a nawet supernowe.
Oprócz wysokiej zawartości energii duża, uporządkowana struktura pola magnetycznego i brak silnych wstrząsów na dużą skalę - takich jak te, które mogą być obecne w wyniku wybuchu supernowej - skłoniły naukowców do przekonania, że proces ponownego połączenia pola magnetycznego jest w pracy.
Oprócz Kronberga teoria jest wynikiem prac naukowców z Los Alamos, Stirlinga Colgate, Hui Li i Quentina Duftona. Badania zostały sfinansowane ze środków Los Alamos Laboratory-Directed Research and Development (LDRD). LDRD finansuje podstawowe i stosowane badania i rozwój, koncentrując się na kreatywnych koncepcjach wybranych według uznania dyrektora laboratorium.
Los Alamos National Laboratory jest prowadzony przez University of California dla National Nuclear Security Administration (NNSA) Departamentu Energii USA i współpracuje z krajowymi laboratoriami Sandia i Lawrence Livermore NNSA w celu wspierania NNSA w jego misji.
Los Alamos zwiększa globalne bezpieczeństwo, zapewniając bezpieczeństwo i zaufanie do zapasów nuklearnych w USA, opracowując technologie w celu zmniejszenia zagrożeń związanych z bronią masowego rażenia oraz ulepszając dziedzictwo środowiskowe i materiały nuklearne po zimnej wojnie. Możliwości Los Alamos pomagają narodowi w rozwiązywaniu problemów związanych z energią, środowiskiem, infrastrukturą i bezpieczeństwem biologicznym.
Oryginalne źródło: Los Alamos National Laboratory News Release
