Магнітні поля Галактики

Докази наявності поля. Явище поляризації світла зірок було відкрито В. Хілтнером і Дж. холлом в США і незалежно В. А. Домбровським в СРСР, в 1948 р. З цього приводу О. Струве сказав так: «Виявлення міжзоряного поляризації світла назавжди залишиться одним з найяскравіших прикладів чисто випадкового відкриття, подібно до відкриття Вільгельмом Рентгеном в 1895 р. рентгенівських променів. Від експериментатора було потрібно виняткову майстерність, але ще важливіше було усвідомити, що цей ефект абсолютно новий і не передбачений давніми роботами ».
Сутність явища міжзоряного поляризації світла полягає в тому, що від зірки до спостерігача приходять хвилі про переважно однаково орієнтованим електричним вектором. Іншими словами, у міжзоряному просторі має місце селективне поглинання світла: поглинаються хвилі з певною орієнтацією електричного вектора. Ми вже відзначили, що це явище пов'язане з присутністю в міжзоряної середовищі порошинок. Однак ефект поляризації світла буде помітним, тільки якщо ці пилинки орієнтовані однаковим чином. Що ж виконує роль «диригента»?
Майже відразу ж після відкриття міжзоряного поляризації світла, астрономи в 1949 р. прийшли до висновку, що в міжзоряному просторі існують магнітні поля напруженістю близько 10-5 Ерстед. Саме вони і орієнтують пилинки однаковим чином. З теорії випливає, що кожна порошинка швидко обертається навколо своєї малої осі, залишаючись як би сопілок магнітну силову лінію.
Вивчення поляризації світла зірок стало важливим джерелом інформації про геометрії міжзоряних магнітних полів. Так, було встановлено, що в Галактиці є магнітне поле, паралельне площині Чумацького Шляху і спрямоване вздовж її спіральних гілок. Інший метод дослідження магнітного поля Галактики полягає у вивченні форми світлих туманностей. Йдучи таким шляхом, Г. А. Шайп прийшов до висновку, що витягнутість цих туманностей є результатом їх розширення в магнітному полі, причому рух речовини відбувається уздовж магнітних силових ліній, тоді як поперечні руху гальмуються магнітним полем.
До 1949 р. вже був встановлений склад космічного випромінювання за межами земної атмосфери і оцінена щільність енергії космічних променів у розрахунку на одиницю об'єму. Виявилося, що остання приблизно дорівнює щільності енергії випромінювання зірок. Але як пояснити високий ступінь Ізотропія космічних променів? Тут слід було зробити вибір між двома припущеннями: 1) космічне випромінювання ізотропне у всьому Всесвіті і 2) космічні промені «замкнуті» всередині нашої Галактики. Але якщо здійснюється перший випадок, то в міжгалактичному просторі повна енергія космічних променів буде вже у тисячі разів більше енергії випромінювання. Таким чином, необхідно було припустити, що у Всесвіті існують потужні джерела, що забезпечують щільність енергії у формі космічних променів, приблизно в 104 разів більшу, ніж у формі випромінювання. Більш прийнятною тому представлялася друга можливість.
Але ж Сонце не знаходиться в центрі Галактики. Тому, щоб пояснити Ізотропія космічного випромінювання, необхідно було припустити, що траєкторії космічних променів у Галактиці складні і заплутані. Викривити ж траєкторію швидкої зарядженої частки може тільки магнітне поле. Ми вже бачили (див. гл. 5), що в магнітному полі частка рухається по спіралі, радіус якої прямо пропорційний її енергії і назад пропорційний напруженості поля. Нескладний розрахунок показує, що траєкторія частинки з енергією Е = 1018 еВ має радіус кривизни близько 1000 пс при напруженості поля? 10-6 Ерстед. Цього достатньо, щоб утримати частку в Галактиці.
Тут напрошувався висновок, що магнітне поле спіралей не може утримати релятивістську частку, яка все ж таки може вислизнути в міжгалактичний простір. Магнітне поле повинно заповнювати всю Галактику, він має бути і в спіралях і поза ними, у газових хмарах і між ними, інакше крізь ці проміжки відбувалася б витік космічних променів.
У присутності магнітного поля встановлюється своєрідна динамічна рівновага між полем і рухом речовини, відбувається рівномірний розподіл енергій. Це означає, що щільність кінетичної енергії газу?? 2/2 в стаціонарному стані стає рівною щільності енергії поля Н2/(8 *?). Поза спіральних гілок і хмар щільність речовини невелика, тому частинки розрідженого газу володіють великими швидкостями, що дозволяють їм підніматися високо над площиною Галактики. На цій підставі С. Б. Пікельнер (СРСР) прийшов до висновку, що розріджений газ повинен утворювати гало Галактики або галактичну корону - сферичну підсистему товщиною в кілька тисяч парсек.

Синхротрон радіовипромінювання Галактики.

У 1952 р. І. С. Шкловський встановив, що радіовипромінювання Галактики підрозділяється на дві складові, що сильно відрізняються за спектром. Перша з них, плоска складова - це теплове випромінювання ионизованного хмар міжзоряного газового середовища, обумовлене рухами електронів поблизу іонів. Воно характеризується яскравісної температурою близько 10000 К. При цьому, в повній відповідності з теорією, якщо випромінює газ є оптично тонким, то інтенсивність його випромінювання не залежить від частоти. Якщо ж шар стає оптично товстим, ця інтенсивність, як і у випадку абсолютно чорного тіла, залежить від частоти.
Інтенсивність сферичної складової радіовипромінювання Галактики росте з довжиною хвилі. Зокрема, при? = 10 м вона відповідає температурі 100000 К. Очевидно, що таке випромінювання не може бути пов'язано з тепловими рухами електронів в полі атомних ядер. Але яка ж природа цього нетеплове радіовипромінювання?
У 1950 р. X. Альвеп і Н. Герлофсон (Швеція) і незалежно від них К. Кіппенхойер (ФРН) прийшли до висновку, що джерелом цього космічного радіовипромінювання можуть бути релятивістські електрони, які рухаються в міжзоряних магнітних полях. Таким чином, нетеплове радіовипромінювання Галактики стало доказом того, що в міжзоряному просторі існують магнітні поля напруженістю порядку 10-5 Ерстед і релятивістські електрони з енергіями, що досягають 108 еВ.
Завдяки роботам В. Л. Гінзбурга, Г. Г. Гетманцева та М. І. Фрадкіна (СРСР), гіпотеза про синхротроном випромінюванні релятивістських електронів перетворилася на струнку теорію, що пояснює інтенсивність, спектр та інші основні характеристики космічного радіовипромінювання. Відзначимо лише, що спостерігається спектральний індекс синхротронного радіовипромінювання Галактікінесколько різний для різних інтервалів частот.
 У середньому для частот 30
Проблема походження поля. Питання про походження міжзоряних магнітних полів дискутується вже протягом декількох десятиліть. Л. Бірман і А. Шлютері (ФРН) встановили, що слабке магнітне поле може утворюватися в невеликому обсязі «автономно» в результаті поділу іонів та електронів завдяки відмінності їх мас.
Так, якщо в газі утворилося ущільнення, то електрони (що мають однакову енергію з іонами, і тому приблизно в 40 разів більшу швидкість) будуть «розсмоктуватися» швидше, ніж іони. Такий рух електронів щодо іонів (електричний струм!) І призводить до виникнення слабких магнітних. полів. Якщо при цьому температура речовини виявиться неоднорідною, то виникли електричні струми набувають вихровий характер, що перешкоджає загасання процесу. Далі в результаті руху газових мас відбувається заплутування силових ліній,, їх ущільнення і в кінцевому підсумку - посилення поля. Мабуть, цим шляхом можуть виникати поля напруженістю до 10-8 Ерстед. Передбачалося, що в подальшому в результаті обертання Галактики конденсації міжзоряного газу, пронизані магнітними полями, витягуються, утворюючи спіральні гілки. Оостановімся на сучасні погляди на освіту спіральних гілок галактик як хвиль щільності. Це змушує по-іншому розглядати і проблему походження магнітного поля Галактики. Нещодавно Н. С. Кардашев висловив припущення, що магнітне поле Галактики має позагалактичні походження. Іншими словами, слабке поле могло існувати вже в самому речовину, з якої сформувалася Галактика. У процесі еволюції нашої зоряної системи воно посилювалося і закручувати її обертання.