Badanie międzygwiazdowych pól magnetycznych pomaga w poznaniu tajemnic galaktyk
Pola magnetyczne są podstawowym elementem prawie każdego pytania dotyczącego ewolucji galaktyk. Ich zbadanie może przynieść wiele odpowiedzi na temat rozwoju galaktyk, w tym tempa ich powstawania, a pośrednio wiedza ta może nawet przyczynić się do poznania nowych faktów dotyczących narodzin planet i życia. Problemem jest jednak to, że nie ma możliwości bezpośredniego zmierzenia międzygwiazdowego pola magnetycznego, co czyni te badania niezwykle trudnymi. Siłę pól magnetycznych w przestrzeni kosmicznej można obliczyć tylko na podstawie ich oddziaływania z promieniowaniem tła występującym między planetami i gwiazdami. Jako że oddziaływanie to jest dość słabe, pomiary są obarczone dużą niepewnością. Co więcej, pole magnetyczne jest wektorem – ma zarówno siłę, jak i kierunek w przestrzeni. „Żadna ze znanych metod obserwacji nie pozwala na zmierzenie obu tych cech dla tego samego obszaru przestrzeni”, wyjaśnia Eva Ntormousi, astrofizyk pracująca w Instytucie Astrofizyki Forth i główna badaczka projektu ORIGAMI. Projekt ORIGAMI powstał z myślą o uzupełnieniu tej wiedzy dzięki zastosowaniu skomplikowanego i kompleksowego modelowania numerycznego. „Nasze symulacje śledzą koewolucję pola magnetycznego i galaktyki, dając spójny obraz tej dynamiki”, mówi Ntormousi, której badania zostały wsparte ze środków działania „Maria Skłodowska-Curie”.
Dynamiczne modelowanie
ORIGAMI to ambitny projekt, w ramach którego opracowywane są pierwsze symulacje obejmujące wszystkie podstawowe procesy ewolucji galaktyk. Te zaawansowane modele uwzględniają istotne komponenty międzygwiazdowe, takie jak gaz oraz energia kinetyczna i cieplna, która jest emitowana przez gwiazdy, kiedy eksplodują jako supernowe. Aby przeprowadzić jak najbardziej efektywne modelowanie ewolucji galaktycznego pola magnetycznego, zespół zaczął od niewielkiego pola magnetycznego jako stanu początkowego dla modelu i monitorował jego ewolucję wspólnie z galaktyką. Najważniejszym rezultatem projektu było pojawienie się efektu dynama (przekształcenia energii mechanicznej w energię magnetyczną) w symulacjach galaktyk podobnych do Drogi Mlecznej. Uzyskane w ten sposób pole magnetyczne, po dwóch miliardach lat galaktycznej ewolucji, składa się z uporządkowanego oraz chaotycznego komponentu, podobnie jak pole magnetyczne Drogi Mlecznej. „Pola magnetyczne mierzone w ośrodku międzygwiazdowym galaktyk są ponad miliard razy silniejsze niż wartości przewidywane przez nasze teorie dla wczesnego Wszechświata. Główną koncepcja polega na tym, że ewolucja samej galaktyki jest czynnikiem wzmacniającym pole magnetyczne”, wyjaśnia Ntormousi.
Obserwowanie gwiazd
Badania będą kontynuowane nawet po zakończeniu projektu. Zespół rozszerza obecnie swoje badania, tak by objęły galaktyki o różnych masach, co pomoże im zrozumieć rolę dynamiki w powstawaniu efektu dynama. Obecny projekt realizowany w stronie Scuola Normale Superiore ma na celu zbadanie, w jaki sposób pojawiły się pola magnetyczne, gdy Wszechświat był bardzo młody, w okresie znanym jako era rejonizacji. „Początki magnetyzmu we Wszechświecie stanowią jedną z największych zagadek współczesnej fizyki. Ze względu na fakt, że galaktyki są laboratoriami, w których dokonuje się ewolucja pola magnetycznego, zrozumienie galaktycznego pola magnetycznego przybliża nas o jeden krok do poznania źródeł jednej z podstawowych sił przyrody”, mówi Ntormousi.
Słowa kluczowe
ORIGAMI, magnetyczne, galaktyczne, pola, przestrzeń, dynamo, ewolucja
