1187
Уявіть собі невидиму «тканину», що пронизує мільйони світлових років простору й керує рухом заряджених частинок, але її неможливо побачити напряму. Саме так виглядає магнітне поле гігантського скупчення галактик. І тепер астрономам уперше вдалося відновити його форму від самого центру до околиць у скупченні Abell 2255, про що розповідає команда в матеріалі Space Astronomy.
Що відомо коротко
- Астрономи вперше реконструювали магнітне поле усього скупчення галактик, а не окремих його ділянок.
- Об’єкт дослідження — скупчення Abell 2255 на відстані близько 1 мільярда світлових років від Землі.
- Спостереження виконали за допомогою європейського радіотелескопа LOFAR (Low Frequency Array).
- Команда зібрала радіодані протягом 224 годин, створивши рекордно глибоку карту цього скупчення.
- Виявилося, що магнітні поля не хаотичні: їхню форму задає рух гарячого газу під час формування скупчення.
Як «побачити» невидиме магнітне поле
Магнітне поле саме по собі не світиться. Але якщо в ньому мчать електрони майже зі швидкістю світла, вони випромінюють радіохвилі. Це схоже на те, як вітер, що свистить у дротах, видає звук, хоча сам по собі невидимий.
Abell 2255 давно відоме як дуже складне радіоджерело. У ньому є розмиті, гігантські радіоструктури, створені електронами, які рухаються в слабких магнітних полях міжгалактичного простору. Для астрономів це ідеальна «лабораторія», щоб вивчати, як виникають і змінюються космічні магнітні поля.
Проблема в тому, що сигнал від цих електронів надзвичайно слабкий. Це як намагатися почути шепіт у гучному натовпі. Тому потрібні і дуже чутливі телескопи, і багато годин спостережень, і складна обробка даних.
Рекордні спостереження LOFAR і новий метод аналізу
У межах проєкту LOFAR Galaxy Cluster Ultra-Deep Field команда астрономів спрямувала мережу радіоантен LOFAR на Abell 2255 і збирала дані 224 години. Це одні з найглибших радіоспостережень скупчення галактик, які будь-коли проводилися.
Керівник команди Андреа Боттеон (Andrea Botteon) з Національного інституту астрофізики Італії пояснює, що такі надчутливі радіозображення потрібні, щоб зрозуміти, як електрони розганяються до релятивістських швидкостей і як магнітні поля підсилюються на космічних масштабах.
За словами дослідників, вони поєднали найглибші радіоспостереження з інноваційною технікою аналізу даних. Це дозволило вперше відновити форму магнітного поля цілого скупчення галактик, а не лише окремих його фрагментів.
У результаті вчені отримали своєрідну «карту текстури» магнітного поля Abell 2255 — якби його можна було побачити, воно нагадувало б невидимі волокна, що тягнуться крізь гарячий газ між галактиками.
Як газ «ліпить» магнітне поле скупчення
Аналіз показав, що в деяких ділянках скупчення магнітні лінії мають чітко визначений напрямок. Вони витягуються радіально — ніби промені, що розходяться від центру, — уздовж протяжних радіоструктур.
У регіонах, де домінують ударні хвилі, картина інша: там магнітні поля орієнтовані по дотичній, тобто «обтікають» фронти цих хвиль. Це схоже на те, як вітер по-різному розчісує траву: десь пригладжує її в одному напрямку, а десь закручує у вихори.
Такі відмінності свідчать, що магнітне поле Abell 2255 формується тими ж процесами, які дозволяють скупченню «нарощувати масу» — притягувати й накопичувати гарячий газ. Рух цього газу розтягує, стискає й організовує магнітні лінії, надаючи їм певної форми.
Команда вважає, що механізм, який «вмикає» гігантські радіовипромінювання в скупченнях галактик, безпосередньо пов’язаний із процесом їхнього формування. Тобто коли скупчення росте, зливаючись і поглинаючи матерію, воно одночасно «перекроює» власне магнітне поле.
Чому це відкриття важливе для розуміння Всесвіту
Результати для Abell 2255 стали першими спостережними доказами того, що механізми, які змушують галактики збиратися в гігантські скупчення — найбільші структури у Всесвіті, — одночасно формують і їхні магнітні поля.
Інакше кажучи, магнітні поля на цих масштабах не є випадковими чи «шумом» на фоні. Вони впорядковані й тісно пов’язані з динамікою гарячого газу, який заповнює простір між галактиками.
Такі дослідження допомагають зрозуміти, як з’являються й еволюціонують магнітні поля в космосі загалом — від окремих галактик до гігантських скупчень. Вони також дають підказки про те, як енергія перерозподіляється в цих колосальних структурах і як це впливає на їхній подальший розвиток.
Робота команди прийнята до публікації в журналі Astronomy & Astrophysics і доступна як препринт на сервісі arXiv.
FAQ
Це вже остаточна карта магнітного поля Abell 2255 чи лише перший крок?
Нинішня реконструкція — перша настільки детальна карта магнітного поля цілого скупчення, але вона базується на одному наборі радіоспостережень і конкретному методі аналізу. У майбутньому інші телескопи та додаткові дані можуть уточнити цю картину й показати ще дрібніші деталі структури поля.
Чому астрономи не могли зробити це раніше?
Сигнал від електронів у слабких магнітних полях надзвичайно слабкий, а отже, потрібні дуже чутливі радіотелескопи й довгі години спостережень. Лише поява масивних масивів на кшталт LOFAR і розвиток нових методів обробки даних зробили можливим настільки глибоке картування магнітних полів у скупченнях галактик.
Чи можна так само відновити магнітні поля інших скупчень галактик?
Теоретично — так. Той самий підхід можна застосувати до інших скупчень, якщо є достатньо глибокі радіоспостереження. Abell 2255 став першим «полігоном», але в майбутньому подібні карти можуть з’явитися і для інших гігантських структур.
Чи впливають ці магнітні поля на галактики та зірки всередині скупчення?
Магнітні поля можуть спрямовувати рух заряджених частинок і впливати на те, як енергія поширюється в гарячому газі між галактиками. Це, у свою чергу, може позначатися на умовах, у яких формуються й еволюціонують галактики, хоча деталі цього впливу ще потрібно вивчити.
Виявляється, що найбільші «будівельні ліси» Всесвіту — скупчення галактик — не просто збирають матерію, а й одночасно тчуть гігантські магнітні візерунки з гарячого газу та заряджених частинок. Те, що ще вчора було невидимою абстракцією, сьогодні перетворюється на карту, за якою ми можемо простежити, як космос формує свої найбільші структури.
Астрономи вперше «намалювали» магнітне поле цілого скупчення галактик з’явилася спочатку на Цікавості.
