_ Oamenii de știință cartografiază cele mai mari câmpuri magnetice în clustere de galaxii folosind gradient de intensitate sincrotron

Într-un nou studiu, oamenii de știință au cartografiat câmpurile magnetice din clusterele de galaxii, dezvăluind impactul fuziunilor galactice asupra structurilor câmpului magnetic și contestând ipotezele anterioare despre eficiența proceselor dinamului turbulent în amplificarea acestor câmpuri.

Clusterele de galaxii sunt sisteme mari, legate gravitațional, care conțin numeroase galaxii, gaz fierbinte și materie întunecată. Ele reprezintă unele dintre cele mai masive structuri din univers. Aceste clustere pot consta din sute până la mii de galaxii, legate între ele prin gravitație și sunt încorporate în halouri vaste de gaz fierbinte numit mediu intracluster (ICM).

ICM, constând în principal din hidrogen ionizat și heliu, este ținut împreună de forța gravitațională a clusterului însuși. Câmpurile magnetice din structurile la scară mare, cum ar fi clusterele de galaxii, joacă un rol esențial în modelarea proceselor astrofizice. Ele influențează ICM, influențează formarea și evoluția galaxiilor, contribuie la transportul razelor cosmice, participă la magnetizarea cosmică și servesc ca trasori ai evoluției structurii la scară largă.

Studiile și simulările anterioare au sugerat că câmpurile magnetice din interiorul lor. clusterele evoluează, indicând susceptibilitatea lor la dinamica clusterului și experimentând amplificarea în timpul evenimentelor de fuziune.

Studiul, publicat în Nature Communications, folosește o metodă numită gradient de intensitate a sincrotronului (SIG) pentru a mapa câmpurile magnetice din clustere. , mai ales în timpul fuziunilor galaxiilor. Această metodă oferă o perspectivă unică asupra structurilor câmpului magnetic și oferă un instrument de comparare a așteptărilor numerice din simulări cu datele observaționale.

Studiul a fost condus de Yue Hu, student la UW-Madison. Coautorul studiului, prof. Alex Lazarian de la UW-Madison, a vorbit pentru Phys.org despre motivația sa de a studia câmpurile magnetice din clusterele de galaxii, spunând: „Accentul cercetării mele constă în înțelegerea rolului câmpurilor magnetice în astrofizică. medii, în special în medii magnetizate și turbulente."

"În ultimele două decenii, am studiat pe larg turbulența magnetică și procesele de reconectare în colaborare cu studenții mei. Tehnica folosită pentru a mapa câmpurile magnetice din clusterele de galaxii se bazează pe cunoștințele teoretice și numerice obținute în urma unor ani de cercetare.”

Intensitatea sincrotronului se referă la radiația emisă de particulele încărcate, de obicei electroni, în timp ce spiralează de-a lungul liniilor câmpului magnetic la viteze relativiste. Acest fenomen este cunoscut sub numele de radiație sincrotron.

Metoda SIG introduce o perspectivă unică prin cartografierea câmpurilor magnetice printr-un proces înrădăcinat în gradientul de intensitate al sincrotronului. Principiul de bază din spatele tehnicii aplicate implică utilizarea interacțiunilor dintre câmpurile magnetice și fluidele conductoare, în special gazul ionizat sau plasmă.

Ideea cheie este că câmpurile magnetice influențează mișcarea acestor fluide și rezistența lor la îndoire. face mai ușor să discerneți direcția lor. Prof. Lazarian a explicat: „Aceste mișcări au ca rezultat gradienți de viteză, iar fluctuațiile câmpului magnetic sunt perpendiculare pe câmpul magnetic. Prin măsurarea acestor gradienți, se poate obține direcția câmpului magnetic.”

Această abordare reprezintă un nou mod de măsurare a câmpurilor magnetice, dezvoltat de grupul Prof. Lazarian pe baza studiilor fundamentale ale magnetohidrodinamicii.

„Folosește date considerate inițial irelevante pentru studiile câmpului magnetic, permițându-ne să obținem rezultate semnificative din diverse seturi de date de arhivă. colectate în scopuri care nu au legătură cu investigațiile câmpului magnetic”, a spus prof. Lazarian.

Cercetătorii au obținut hărți ale câmpurilor magnetice la cele mai mari scale studiate vreodată, în special în halourile galaxiilor din grupurile de galaxii.

"Am confirmat acuratețea acestei tehnici prin compararea direcțiilor câmpului magnetic obținut cu tehnica noastră cu cele obținute cu cea tradițională bazată pe măsurarea polarizării. De asemenea, am măsurat acuratețea SIG-urilor cu simulări numerice", a spus. Prof. Lazarian.

Studiul a demonstrat că SIG-urile deschid o nouă cale de cartografiere a câmpurilor magnetice la scari fără precedent. Complexitatea mișcării plasmei în cadrul clusterelor de galaxii care fuzionează a fost dezvăluită prin structura câmpului magnetic.

Descoperirile au implicații pentru înțelegerea noastră a dinamicii și evoluției clusterelor, oferind perspective unice asupra rolului câmpurilor magnetice în cheie. procesele din cadrul clusterelor de galaxii.

În măsurătorile tradiționale ale polarizării sincrotronului, depolarizarea provoacă cartografierea câmpurilor magnetice din regiunile clusterelor de galaxii, cu excepția relicvelor. Spre deosebire de alte metode, SIG-urile rămân neafectate de depolarizare. Acest studiu și-a propus să verifice dacă SIG-urile și polarizarea indică aceleași direcții ale câmpului magnetic unde este prezentă polarizarea.

Primul autor Ph.D. studentul Yue Hu, împreună cu oamenii de știință italieni Dr. Annalisa Bonafede și Dr. Chiara Stuardi, a testat cu succes măsurătorile câmpului magnetic din relicve, confirmând fiabilitatea hărților de câmp magnetic SIG. dr. prof. Lazarian. Simulările de dinamică a fluidelor realizate de studentul Ka Wai Ho au confirmat și mai mult acuratețea hărții.

SIG-urile oferă o modalitate unică de a aborda întrebările de lungă durată despre originea, evoluția și efectele câmpurilor magnetice din clusterele de galaxii fără a face față provocărilor pe care le fac măsurătorile tradiționale. .

SIG-urile permit, de asemenea, cercetătorilor să testeze și să valideze teoriile existente privind conducerea căldurii în ICM și dezvoltarea fluxurilor de răcire, un proces prost înțeles.

„Conducția căldurii în plasma intracluster ( gaz complet ionizat) al ICM se reduce semnificativ în direcția perpendiculară pe câmpul magnetic.Astfel, capacitatea căldurii de a fi transportată în direcții diferite depinde de structura câmpului magnetic.Modificările conductivității termice controlează formarea gazului rece. fluxuri înconjurate de gaz fierbinte, așa-numitele fluxuri de răcire”, a explicat prof. Lazarian.

Razele cosmice sunt particule încărcate cu energie mare care interacționează puternic cu câmpurile magnetice din halourile clusterelor de galaxii. Dr. Gianfranco Brunetti, un coautor al lucrării, este expertul principal în procesele de accelerare a razelor cosmice în clustere de galaxii. El este încântat să dezvăluie structura enigmatică anterioară a câmpurilor magnetice.

„Se știe că clusterele de galaxii accelerează razele cosmice prin interacțiunea razelor cosmice cu câmpurile magnetice în mișcare. Imaginea acestei accelerații este încă neclară și depinde de dinamica câmpului magnetic”, a spus prof. Lazarian.

În plus, razele cosmice urmează traseele liniilor câmpului magnetic, ceea ce înseamnă că evadarea lor din clustere este influențată de structura specifică a acestor câmpuri magnetice.

Dinamica câmpurilor magnetice din clustere poate fi acum mapată folosind tehnica SIG, ajutându-ne să înțelegem funcționarea celor mai mari acceleratori de particule din univers.

SIG-urile, cu capacitatea lor pentru a cartografi câmpurile magnetice în regiunile în care informațiile de polarizare sunt pierdute, pentru a oferi informații neprețuite despre halourile clusterelor de galaxii și structurile chiar mai mari care emit sincrotroni, Megahalourile descoperite recent.

Bule gigantice, de 30 de ori mai mult decât volumul cel mai mare halo galactic, au fost identificați recent de o echipă internațională, inclusiv dr. Brunetti de la European Low-Frequency Array (LOFAR), un interferometru de joasă frecvență care acoperă mai multe țări europene. Aceste structuri, denumite SIG-uri, oferă singura metodă de a mapa câmpurile magnetice din aceste imense bule cosmice folosind datele LOFAR. Cercetătorii italieni și din Wisconsin consideră această descoperire un progres crucial în descoperirea secretelor enigmatice ale magnetismului universului.

În vreme ce comunitatea astrofizică așteaptă cu nerăbdare punerea în funcțiune a telescopului SKA (Square Kilometer Array) în 2027, viitorul cartografierii câmpului magnetic în clustere de galaxii pare promițător. SKA va oferi intensitatea sincrotronului pentru tehnica SIG, precum și polarizarea care poate fi folosită de alte tehnici dezvoltate de grupul Prof. Lazarian pentru a studia structura detaliată 3D a câmpurilor magnetice astrofizice.

Prof. Lazarian a spus: „Tehnica gradientului este un fruct practic al unei mai bune înțelegeri a proceselor magnetohidrodinamice fundamentale, determinându-ne să aprofundăm mai mult în aceste procese esențiale. În timp ce beneficiile studiilor fundamentale nu sunt întotdeauna evidente imediat, progresele în înțelegerea proceselor fizice cheie induc schimbări tectonice care afectează multe aspecte ale științei și ingineriei.”

© 2024 Science X Network

(Fluierul)