http://subscribe.ru/group/klub-lyubitelej-kosmosa/12911878/

 

Дипольные и дисковые магнитные поля галактик


В настоящее время есть путаница в представлениях о возникновении и функционировании двух видов магнитных полей галактик – плоского (дискового) и полоидального. Магнитное поле называется полоидальным, если оно содержит магнитные линии, проходящие через полюса галактики. У галактик бывают два вида полоидальных полей – дипольные и квадрупольные (рис.1). В данной статье речь пойдёт о возникновении и функционировании дипольных полей и о связи их с дисковыми полями.

Рис. 1

 

Первая публикация о  предполагаемой взаимосвязи аккреции,  магнитного поля галактики  и активности галактических ядер появилась в 1964 году.  Советские астрофизики Зельдович и Новиков, и независимо от них австрийский астрофизик Эдвин Залпетер, высказали предположение, что излучение активных ядер галактик является тормозным (синхротронным). Оно возникает при торможении магнитным полем галактики аккрецирующей плазмы. Авторы считали, что есть два отдельных вида аккреции: дисковая, при которой падающее вещество образует диск, вращающийся вокруг ядра, и сферическая, когда отдельные частицы падают на центральное тело прямолинейно и сферически симметрично. Природа возникновения магнитного поля галактики учёными не объяснялась. Заметим, что и до сегодняшнего дня процесс возникновения магнитных полей галактик до конца не выяснен.

В предположении учёных о тормозной природе излучения активных ядер галактик было два слабых места, затруднивших успешное развитие правильной идеи. Вот они:
– предположение о двух отдельных видах аккреции (дисковой и сферической):
– предположение о наличии в центре галактики чёрной дыры.

Рассмотрим подробнее предположение о двух отдельных видах аккреции. Дело в том, что аккреция имеет гравитационную природу, а гравитация нечувствительна к наличию или отсутствию магнитных полей. Поэтому аккреция межгалактического газа на ядро галактики начинается сферически симметрично с расстояния в полтора-два раза большем, чем радиус звёздной составляющей галактики (рис.2).

Рис. 2

Если у галактики есть дипольное магнитное поле, то первоначально сферически симметричная аккреция под его воздействием разделится на полярную и дисковую  составляющие (рис.3)

Рис. 3

Такое разделение объясняется тем, что при аккреции заряженных частиц в магнитном поле их траектории напоминают спирали, закрученные вокруг магнитных линий.  Но частицы аккрецирующего газа пребывают  то в нейтральном состоянии, то в заряженном, так как при столкновениях их между собой и с частицами газа галактики они то ионизуются, то рекомбинируют, вновь становясь нейтральными. Вследствие процесса ионизации-рекомбинации  половину времени аккрецирующие частицы газа пребывают в нейтральном состоянии, а половину – в заряженном.  В  период нейтральности,  ускорение частиц  направлено к центру галактики. Поэтому аккрецирующий газ, падающий с направлений близких к осевому, собирается магнитным полем в два узких жгута. Эти жгуты идут от полюсов к центру.  А частицы, начинающие движение с направлений близких к экваториальному, перемещаются к центру по закручивающейся спирали. Они создают дисковую составляющую.

Второе  предположение  (о наличии в центре галактики чёрной дыры)  сильно затрудняет объяснение образования дипольного поля. В теории чёрных дыр есть теорема, доказывающая, что черная дыра не может иметь собственного магнитного поля. В то же время астрофизикам очевидно, что только наличие дипольного поля, проходящего через центр галактики, может обеспечить процесс генерации джетов. Поэтому теоретикам приходится делать изощрённые, не совсем логичные ходы, чтобы всё-таки как-то обосновать наличие дипольного поля.

Если привлечь к объяснению формирования галактики понятие квазилоренцевой силы, то указанные выше затруднения исчезают. Проследим за процессом формирования галактики, начиная с гравитационного сжатия протогалактического облака. При этом следует помнить, что в космосе всегда наличествует магнитное поле, а газовые облака всегда ионизованы, то есть являются плазмой.  При гравитационном сжатии облака квазилоренцева сила придаст облаку вращение (рис.4).  Ось вращения будет совпадать с направлением магнитного поля.

Рис. 4

Поскольку облако ионизовано, мы получаем аналог кругового тока. А круговой ток создаёт дипольное магнитное поле (рис.5). Так возникает дипольное магнитное поле галактики.

http://ens.tpu.ru/POSOBIE_FIS_KUSN/%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%B7%D0%BC/ima/image173.jpg

Рис. 5

Аккреция межгалактического газа на протогалактическое облако идёт всё время, поскольку её природа гравитационная. Аккреция, в частности, способствует наращиванию массы облака. Пока облако не начало вращаться, аккреция  сферическая.  Но с началом вращения облака возникает дипольное магнитное поле и сферическая  аккреция  начинает постепенно перерастать в два вида аккреции – дисковую и полярную. Все эти процессы  (аккреция, гравитационное сжатие, образование дипольного магнитного поля, разделение сферической аккреции на дисковую и полярную) взаимосвязаны и идут параллельно. Поэтому сегодняшние усилия астрофизиков в попытках объяснить, как аккреционный диск порождает полоидальное магнитное поле, не могут увенчаться успехом.