Скрытые линии магнитного поля простираются на миллионы световых лет по всей Вселенной
Ученые обнаружили, что магнитные поля проходят через большую часть открытого космоса. Они распространены по всей вселенной на миллионы световых лет и представляют собой скрытые линии. Если действительно эти поля датируются Большим взрывом, то они могут раскрыть большую космологическую загадку.
Астрономы всего мира работают над изучением магнитных полей. Они придумывают новые способы поиска этих полей, обследуют все более отдаленные части космического пространства и необъяснимым образом находят их.
Магнитные поля
Эти силовые поля, в сущности, похожи на те, которые исходят от магнитов на холодильнике, но разница в том, что они гораздо мощнее и окружают все галактики, а также Солнце и Землю. Астрономы уже давно начали обнаруживать магнетизм, который простирается через целые скопления галактик, а также затрагивает все пространство между этими галактиками. Невидимые линии поля проникают сквозь межгалактическое пространство, как углубления отпечатка пальца.
Исследование отдаленных областей космоса
В прошлом году астрономам удалось исследовать одну из более редких областей космоса. В процессе было найдено самое большое магнитное поле, которое состояло из одной линии, простирающейся на 10 миллионов световых лет. Вторая намагниченная линия была обнаружена в другой части космоса, для поиска которой использовались те же технологии. «Возможно, мы просто смотрим на верхушку айсберга», — сказала Федерика Говони, астрофизик, благодаря которой была обнаружена первая линия.
Появление магнитных полей
Ученых уже долгое время интересует вопрос появления магнитных полей. «Это явно не может быть связано с активностью одиночных галактик или единичных взрывов», — сказал Франко Вазза, астрофизик, который проводит современные компьютерные симуляции космических магнитных полей.
Ученые предполагают, что космический магнетизм является изначальным, то есть это путь к рождению вселенной. А это значит, что слабый магнетизм должен присутствовать повсюду, даже в самых темных и пустых областях вселенной. Это явление могло бы помочь разрешить другую космологическую головоломку, известную как напряжение Хаббла — это космологический закон, включающий в себя объем, радиус или сферу расширения вселенной.
Напряженность Хаббла состоит в том, что вселенная расширяется гораздо быстрее, чем предполагалось, на основе своих компонентов. Исследователи Карстен Джедамзик и Левон Погосян настаивают на том, что магнитные поля во вселенной могут означать более высокую скорость этого космического расширения, что, в частности, наблюдается уже сегодня.
Данные, собранные астрофизиками, подтверждают, что магнетизм действительно присутствует везде.
Магнитная душа Вселенной
Исследования английского ученого Уильяма Гилберта о камнях, породу которых люди использовали для изготовления компасов в течение тысячелетий, привели его к мысли, что их магнитная сила «подражает душе». Он абсолютно правильно предположил, что планета Земля является «огромным магнитом», а магниты «ориентируются на полюса Земли».
Эти поля образуются, когда проходит электрический заряд. Например, магнитное поле Земли исходит из потока жидкого железа, находящегося и постоянно движущегося в земном ядре.
Проникновение в скопление галактик
Космологические симуляции иллюстрируют несколько вариантов объяснения того, каким образом магнитные поля проникают в скопления галактик. С одной стороны поля растут из однородных «начальных» частиц, которые усеяли космос после Большого взрыва. С другой стороны определенные процессы, например, образование звезд и черные дыры, создают намагниченные ветры, которые расходятся по галактике.
Однако, как только магнитное поле возникает из-за движения заряженных частиц, оно может стать больше и сильнее, выровняв более слабые поля. «Само явление магнетизма немного похоже на развитие живого организма, потому что магнитные поля задействуют каждый свободный источник энергии, который они могут удерживать, и растут. Также они способны распространяться и оказывать своим присутствием влияние на другие области, где они также продолжают расти», — сказал Торстен Энслин
Формирование космоса
Магнетизм является единственной силой, которая может образовать масштабную структуру космоса и распространить его на огромные расстояния. Электричество, напротив, относится к кратковременным явлениям, поскольку положительный и отрицательный заряд нейтрализуются.
Тем не менее эти силовые поля нематериальны и ощутимы только при воздействии на другие вещи. Однако синхротронный сигнал полей является довольно сильным на низких радиочастотах, благодаря чему, его можно обнаружить с помощью LOFAR — массива из 20 000 низкочастотных радиоантенн, расставленных по всей Европе. Когда ученые применили алгоритм размытия к данным из линии, они сразу же увидели свечение синхротронных излучений.
Предположения ученых
В 1991 году Вачаспати выдвинул гипотезу о том, что возникновение магнитных полей могло быть спровоцировано во время фазового перехода после Большого взрыва. Другие предполагают, что турбулентная плазма электронов и протонов могла бы ускорить развитие первых магнитных полей.
Способ проверки теорий магнитного генеза состоит в изучении структуры в самых нетронутых участках межгалактического пространства. Например, являются ли полевые линии прямыми, изогнутыми в разные стороны или спиральными, и как рисунок меняется в разных масштабах. Если действительно магнитные поля образовались во время фазового перехода, как ранее предложил Вачаспати, то тогда силовые линии определенно должны быть спиральными.
Метод Фарадея
Один метод, впервые разработанный английским ученым Майклом Фарадеем в 1845 году, обнаруживает магнитное поле путем определения направления полярности во время вращения и проходящего через эту полярность света. В свою очередь величина вращения зависит от частоты света и силы магнитного поля. Это означает, что, измеряя полярность на разных частотах, вы можете определить силу магнетизма вдоль линии обзора.
Уже идет подготовка гигантского международного проекта под названием «Квадратный километраж». Целью проекта является запуск в космос радиотелескопа нового поколения, который должен создать сетку Фарадея. Осуществление проекта планируется в 2027 году.
Понятие блазары
Также в астрономии существует такое понятие, как блазары — это яркие гамма-лучи энергетического света и вещества, питаемые черными дырами. Во время того, как гамма-лучи распространяются в пространстве, они периодически соприкасаются с микроволнами, в результате превращаясь в позитрон и электрон. Эти частицы затем вспыхивают, но с меньшей энергией.
Но если свет блазара пройдет через намагниченную пустоту, то гамма-лучи с более низкой энергией будут отсутствовать, потому что магнитное поле будет отклонять электроны и позитроны от линии зрения. Когда ученые Неронов и Вовк проанализировали данные с подходящим образом расположенного блазара, они увидели его высокоэнергетическое гамма-излучение.
Команда ученых сделала много измерений блазаров за пустотами и смогла выявить слабый ореол низкоэнергетических гамма-лучей вокруг блазаров. Эффект является именно тем, который можно было бы ожидать, если бы частицы рассеивались слабыми магнитными полями и их размер составлял всего одну триллионную часть, как магнит на холодильнике. Таким образом, это подтверждает догадки ученых и доказывает присутствие магнетизма повсюду. Если они разгадают происхождение магнитных полей, то смогут дать ответ и на другие загадки вселенной.
Источник
Откуда взялись магнитные поля
Каким образом во Вселенной появились магнитные поля? Прежде считалось, что подобное не могло произойти сразу после Большого взрыва — эти поля появились лишь с рождением первых звезд. Однако новые исследования американских и немецких ученых говорят о том, что на самом деле слабый магнетизм мог возникнуть и раньше. Но как именно это произошло?
Электромагнитные поля вездесущи: по ним стремительно летят релятивистские частицы космических лучей, Солнце демонстрирует ученым непрерывную трансформацию сложнейшей иерархии своих электромагнитных полей, разнообразен магнетизм планет Солнечной системы, а объекты и поля отдаленного космоса просто поражают воображение своими электромагнитными полями!
Возникает резонный вопрос — каким образом возникли магнитные поля во Вселенной, как они изменялись в течение протекших 13,4 миллиарда лет существования мироздания?
В начальный момент Большого взрыва практически мгновенно родилась пра-Вселенная в виде невероятно разогретого газового облака. Оно остывало, расширяясь в пространстве, в нем образовались прачастицы, соединившиеся довольно быстро в простейшие атомы.
Но прогнозировать появление магнитного поля в этой системе совершенно невозможно! Следовательно, оно рождалось позже. Каким же образом начался и развился процесс, в результате которого появились все магнитные поля, столь мощно представленные в современной картине мира?
Загадку пытаются разгадать специалисты Райнхард Шликайзер из Института теоретической физики Рурского университета в Бохуме (ФРГ) и Питер Юн из Университета штата Мэриленд (США), они выдвинули новую гипотезу: магнитное поле возникнет позднее Большого взрыва из зачаточной очень слабой формы магнетизма. Виртуальные зародыши этого явления создаются случайно в облаке материи, еще до рождения первозданных звездных тел.
Когда возраст Вселенной был равен примерно 380 тысячам лет, температура первобытного облака снижалась, образовались области с разной плотностью и давлением, что способствовало появлению первых случайных зародышевых образований магнетизма. Эти слабые поля позднее усилились, подверглись воздействию первых звездных ветров и плазменных потоков от взрывающихся светил.
Немного точных авторских определений: ненамагниченная нерелятивистская тепловая плазма из электронов и протонов спонтанно испускает апериодические турбулентные флуктуации магнитного поля, крошечный модуль этих флуктуаций дается простой формулой, в которую входят всего три физических параметра: βe — нормализованная температура тепловых электронов, We — тепловая плазменная плотность энергии и g — плазменный параметр.
Для ненамагниченной межгалактической среды, немедленно после начала реионизации, напряженность поля от этого механизма оценивается в 2×10 -16 G в космических пустотах (войдах) и 2×10 -10 G в протогалактиках. Обе величины слишком слабые, чтобы повлиять на динамику плазмы. С учетом вязкого демпфирования эти оценки еще уменьшаются до 2×10 -21 G в космических пустотах и 2×10 -12 G в протогалактиках.
Далее происходит простое чудо рождения магнитных полей: сдвиг или сжатие межгалактической и протогалактической среды при первых взрывах сверхновых звезд в обширных регионах их звездных метаморфоз усиливают эти «засеянные» поля!
Они становятся неоднородными, и уже магнитные силы восстановления воздействуют на газовую динамику, упорядочивая и нивелируя температуру βe. Вот так из зародышевых «зернышек» магнитных полей в горячем облаке плазмы из заряженных протонов, электронов, ядер гелия и лития, где эти магнитные поля были ориентированы произвольно, то есть в любом направлении, родилась их организация — возникло уже ориентированное магнитное поле.
Майкл Риордан из Калифорнийского университета в Санта-Крусе (США) формулирует разъяснение: «Магнетизм везде, где есть поток заряженных частиц. Поднесите компас к проводу с постоянным током, и вы увидите, как сдвинется стрелка.
Но если заряженных частиц много и они разлетаются во всех направлениях, как это было в ранней Вселенной до остывания плазмы и образования атомов, средний ток повсюду равен нулю, поэтому в макроскопическом масштабе магнетизма нет». Для усиления возникшего магнетизма потребовались тяжелые элементы вроде никеля или железа — они были синтезированы в термоядерных процессах взрывов сверхновых.
Когда же образовались звезды и самые массивные из них принялись в конце жизни взрываться, сжимая окружающую среду и одновременно насыщая ее тяжелыми элементами, комбинация звездного ветра и взрывов начала расталкивать маленькие магнитные поля, сдавливая их, растягивая и выравнивая в направлении ветра.
Сейчас ученые наблюдают и разгадывают поразительные эффекты трансформации магнитных полей в космосе: на нашей единственной и ближайшей звезде Солнце магнитные процессы командуют 22-летним циклом солнечных магнитных полей, обеспечивающем 11-летний цикл солнечных пятен.
Магнитные поля солнечной короны удерживают горячую плазму, их трансформация вызывает выбросы коронального вещества и протуберанцев, а всплывающие магнитные поля на Солнце стимулируют самые мощные проявления активности — солнечные вспышки! Солнечный ветер, уходящий прочь от Солнца в виде плазменных потоков и заполняющий все пространство гелиосферы, несет межпланетное магнитное поле, варьирующее в пределах от единиц до десятков нТл. А на планетах, имеющих магнитное поле, бушуют магнитные и ионосферные бури, вспыхивают разнообразные полярные сияния.
В заключении следует заметить, что неисчерпаемое разнообразие электромагнитных полей во Вселенной — неисчерпаемый источник будущих открытий.
Добавьте «Правду.Ру» в свои источники в Яндекс.Новости или News.Google, либо Яндекс.Дзен
Быстрые новости в Telegram-канале Правды.Ру. Не забудьте подписаться, чтоб быть в курсе событий.
Источник
Магнитные поля во Вселенной
Не смотря на то, что магнитные поля во Вселенной значительно слабее магнитного поля планеты, они имеют большое влияние на основные процессы, происходящие при формировании звёзд. Новое исследование в первую очередь направлено на изучение магнитных полей и объяснение того как именно они влияют на зарождение звезды в различные моменты процесса её формирования.
Звёзды образуются, в результате воздействия сил гравитации, которые спрессовывают вместе материал содержащийся в колоссальных облаках газа и пыли. Не глядя на это гравитационные силы – это не единственные силы, отвечающие за формирование звёзд. Кроме сил гравитации стоит учитывать турбулентные потоки и магнитные поля, которые не только способствуют формированию звёзд, но могут и замедлить процесс их формирования.
В своей работе астрофизики исследовали туманность Кошачья Лапа. Эта туманность содержит достаточное количество вещества, чтобы в будущем в этом регионе образовалось примерно 200 000 звёзд масса которых будет в тридцать-сорок раз больше массы нашего Солнца. Рассматриваемая туманность находится на расстоянии пяти с половиной тысяч световых лет от нас в созвездии Скорпиона. В своём исследовании учёные тщательнейшим образом замерили ориентацию магнитных полей в NGC6334.
“Мы выявили, что направление магнитного поля практически аналогичное как в больших, так и в небольших масштабах, а это в свою очередь подразумевает, что гравитация либо турбулентные потоки не в состоянии значительно повлиять на направление поля”, – сказал Хуа-Бай Ли.
Не смотря на то, что эти магнитные поля значительно слабее магнитного поля планет, они оказывают довольно большое влияние на процессы зарождения звёзд.
Команда отслеживала поляризованный свет, подсвечивающий пыль в туманности, используя субмиллиметровый массив телескопов (SMA).
Поскольку пылевые частицы выстраиваются в соответствии с магнитным полем, астрофизики смогли использовать выброс пыли в своих расчётах. Они выяснили, что магнитные поля, в основном, выстраиваются в одном направлении, хотя соответствующие масштабы структур отличались на порядок.
Эта работа является уникальной в своём роде поскольку смогла измерить направления магнитных полей в одной области, но в различных масштабах. Исследования также позволили сделать интересные выводы относительно истории развития нашей галактики. Когда молекулярное облако коллапсирует, образуя звёзды, магнитные поля мешают этому процессу. В результате, только определённая часть материала формирует звёзды. Остальная часть рассеивается в пространстве, и затем в будущем формирует новые поколения звёзд. Благодаря магнитным полям, процесс формирования звёзд является более длительным чем предполагалось ранее.
Источник