https://subscribe.ru/group/klub-lyubitelej-kosmosa/14449410/

 

Как возникают магнитные поля галактик

Эффект самогенерации магнитного поля космического объекта при определённом движении проводящей среды объясняет магнитное динамо. Магнитное поле Земли и Солнца объяснить как-то сумели. Но объяснить магнитное поле галактики долго не удавалось. Есть ряд классических теорем магнитной гидродинамики, которые доказывают, что двумерные или осесимметричные движения проводящей среды не могут вызвать постоянный рост магнитного поля. Считается, что магнитное поле в любой проводящей среде со временем быстро затухает и даже если во время своего образования астрономические объекты (галактики, звёзды, планеты) имели какое-то магнитное поле, то к настоящему времени его бы уже нельзя было зарегистрировать.

Но ведь у большинства объектов магнитное поле существует!

При попытках найти объяснение наблюдаемому магнитному полю спиральных галактик пришлось отказаться от обязательной с классической точки зрения симметрии. Кроме того, возникла такая мысль: вот, если бы было задействовано два эффективных контура. Тогда первый из них создает магнитное поле во втором, а второй использует это возникшее поле и порождает новое в первом контуре.

Но ведь галактическая среда – плазма.  Вращение галактики никогда не является твердотельным — твердые тела в космосе вообще редкость. Поэтому могут возникнуть два газовых слоя, которые вращаются с разной скоростью. Продолжая развивать и детализировать эту мысль, в 60-х годах прошлого века восточногерманские физики качественно объяснили механизм галактического динамо. А позже было создано и математическое описание этого явления.

Динамо — пороговое явление. Чтобы возникло магнитное поле, индукционные эффекты должны перебороть омические потери магнитного поля, связанные с конечной проводимостью среды. В космосе этот порог генерации преодолевается за счет огромных пространственных масштабов галактик. В рамках свойств галактического динамо понятно, почему магнитные поля возникают в галактиках спиральных и некоторых других близких типов — именно эти галактики вращаются.

Первые модели генерации магнитного поля в галактиках были, естественно, обобщенными и однообразными. Конечно, исследователям крупно повезло, что быстро было обнаружено яркое  подтверждение обсуждаемой идеи – кольцо в M31 (туманность Андромеды)

Картинки по запросу Самые большие магниты соколов
Самые большие магниты соколов

 

За годы, прошедшие с тех пор, наблюдатели обнаружили много разнообразных и красивых деталей, а теоретики в той или иной степени научились их объяснять. Оказалось, что в некоторых спиральных галактиках (например, в NGC 6946) магнитные поля собраны в своеобразные магнитные рукава, которые расположены между спиральными рукавами, образованными газом и звездами. Это видно на следующем рисунке — магнитные поля очерчены контурами, а звёздная составляющая галактики изображена белым цветом.

Рис. 5. Магнитные рукава в галактике NGC 6946 лежат между рукавами, образованными распределениями звезд и межзвездного газа («Природа» №7, 2015)
магнитные поля галактик

 

Известны и другие примеры. Например, магнитное поле нашего Млечного Пути (следующий рисунок) несколько раз резко меняет свое направление

Картинки по запросу NGC 6946 магнитные поля
NGC 6946 магнитные поля

Простейшие модели галактического динамо предсказывают, что конечная стадия эволюции магнитного поля галактик не должна обладать подобными чертами. Их появление в реальных галактиках объясняется тем, что характерное время, за которое галактическое динамо может существенно перестроить магнитное поле в данной области галактического диска, составляет порядка 0,5 млрд лет. Это, конечно, существенно меньше, чем возраст галактик, сравнимый с 10 млрд лет, однако разрыв между данными временными масштабами не такой уж большой. Важно и то, что на протяжении своей жизни галактика не остаётся неизменной. В ней происходят разнообразные явления вроде вспышек звездообразования, появления и исчезновения газовых спиральных рукавов, взаимодействий с соседними галактиками и т. д. Сравнительно неторопливое галактическое динамо не успевает сгладить следы этих событий. В итоге в разных частях галактического диска образуются фрагменты финальной магнитной конфигурации, которые плохо стыкуются друг с другом. Особенно помогает их образованию то, что магнитное поле — псевдовектор. Это значит, что можно предсказать лишь величину вектора магнитного поля и ту прямую, на которой он лежит, а физической причины, которая выделяла бы направление поля, существовать не может. Поэтому в разных фрагментах магнитной конфигурации магнитное поле способно иметь противоположные направления, а на стыке фрагментов возникают долгоживущие обращения магнитного поля в противоположную сторону.

Конечно, спиральные галактики — не просто вращающиеся газовые и звездные диски. В них выделяются различные структуры. Не все первоначальные ожидания подтвердились в ходе исследований. Например, часто создается впечатление, что магнитное поле галактик связано не столько с галактическим диском как целым, сколько со спиральными рукавами в этом диске. В самом деле, направления магнитных векторов близки к направлению спиральных рукавов. Близки, но не совпадают. Конечно, газовые рукава искажают распределение магнитного поля, однако, как выяснилось, сами по себе они его не вызывают.

Другое заблуждение, рассеявшееся в ходе исследований, состоит в представлении, что магнитное поле галактик образовалось при закручивании первоначально однородного магнитного поля, вмороженного в вещество, из которого образовалась галактика. Такое гипотетическое магнитное поле называют реликтовым. Это представление поначалу казалось очень притягательным.  Однако расчеты показывают, что такое реликтовое поле не выживает во вращающихся галактиках, а если бы оно каким-то чудом и выживало, его конфигурация получалась бы непохожей на наблюдаемую.