Магнитные поля Галактики

Холлом в США и независимо В. А. Домбровским в СССР, в 1948 г. По этому поводу О. Струве сказал так: «Обнаружение межзвездной поляризации света на всегда останется одним из самых ярких примеров чисто случай ного открытия, подобно открытию Вильгельмом Рентгеном в 1895 г. рентгеновских лучей. От экспериментатора требовалось исключительное мастерство, но еще важнее было осознать, что этот эффект совершенно новый и не предсказанный прежними работами». Сущность явления межзвездной поляризации света заклю чается в том, что от звезды к наблюдателю приходят волны о преимущественно одинаково ориентированным электрическим вектором.

Другими словами, в межзвездном пространстве имеет место селективное поглощение света: поглощаются волны с опре деленной ориентацией электрического вектора. Мы уже отмети ли, что это явление связано с присутствием в межзвездной среде пылинок.

Однако эффект поляризации света будет заметным, только если эти пылинки ориентированы одинаковым образом. Что же выполняет роль «дирижера»? Почти сразу же после открытия межзвездной поляризации света, астрономы в 1949 г. пришли к выводу, что в межзвездном пространстве существуют магнитные поля напряженностью око ло 10 -5 эрстед.

Именно они и ориентируют пылинки одинаковым образом. Из теории следует, что каждая пылинка быстро вра щается вокруг своей малой оси, оставаясь как бы нанизанной на магнитную силовую линию.

Изучение поляризации света звезд стало важным источником информации о геометрии межзвездных магнитных полей. Так, было установлено, что в Галактике имеется магнитное поле, параллельное плоскости Млечного Пути и направленное вдоль ее спиральных ветвей.

Другой метод исследования магнитного поля Галактики заключается в изучении формы светлых туманностей. Идя таким путем, Г. А. Шайп пришел к выводу, что вытяну тость этих туманностей является результатом их расширения в магнитном поле, причем движение вещества происходит вдоль магнитных силовых линий, тогда как поперечные движения тор мозятся магнитным полем. К 1949 г. уже был установлен состав космического излучения за пределами земной атмосферы и оценена плотность энергии космических лучей в расчете на единицу объема.

Оказалось, что последняя примерно равна плотности энергии излучения звезд. Но как объяснить высокую степень изотропии космических лу чей? Здесь следовало сделать выбор между двумя предположениями: 1) космическое излучение изотропно во всей Вселенной и 2) космические лучи «замкнуты» внутри нашей Галактики. Но если осуществляется первый случай, то в межгалактическом про странстве полная энергия космических лучей будет уже в тысячи раз больше энергии излучения. Таким образом, необходимо было предположить, что во Вселенной существуют мощные источники, обеспечивающие плотность энергии в форме космических лучей, примерно в 10 4 раз большую, чем в форме излучения. Более приемлемой поэтому представлялась вторая возможность. Но ведь Солнце не находится в центре Галактики.

Поэтому, чтобы объяснить изотропию космического излучения, необходимо было предположить, что траектории космических лучей в Галак тике сложны и запутаны.

Искривить же траекторию быстрой за ряженной частицы может только магнитное поле. Мы уже видели (см. гл. 5), что в магнитном поле частица движется по спира ли, радиус которой прямо пропорционален ее энергии и обратно пропорционален напряженности поля.

Несложный расчет показ ывает, что траектория частицы с энергией Е = 10 18 эВ имеет радиус кривизны порядка 1000 пс при напряженности поля » 10 -6 эрстед. Этого достаточно, чтобы удержать частицу в Галактике. Здесь напрашивался вывод, что магнитное поле спиралей не может удержать релятивистскую частицу, которая все же может ускользнуть в межгалактическое пространство.

Магнитное поле должно заполнять всю Галактику, он должно быть и в спиралях и вне их, в газовых облаках и между ними, иначе сквозь эти про межутки происходила бы утечка космических лучей. В присутствии магнитного поля устанавливается своеобразное динамическое равновесие между полем и движением вещества, происходит равномерное распределение энергий. Это значит, что плотность кинетической энергии газа r n 2 /2 в стационарном состоян ии становится равной плотности энергии поля Н 2 /(8* p ). Вне спи ральных ветвей и облаков плотность вещества невелика, поэтому частицы разреженного газа обладают большими скоростями, поз воляющими им подниматься высоко над плоскостью Галактики. На этом основании С. Б. Пикельнер (СССР) пришел к выводу, что разреженный газ должен образовывать гало Галактики или галактическую корону - сферическую подсистему толщиной в несколько тысяч парсек.

Синхротронное радиоизлучение Галактики. В 1952 г. И. С. Шкловский установил, что наблюдаемое радиоизлучение Галактики подразделяется на две составляющие, сильно отли чающиеся по спектру.

Первая из них, плоская составляющая — это тепловое излучение ионизованных облаков межзвездной га зовой среды, обусловленное движениями электронов вблизи ионов. Оно характеризуется яркостной температурой порядка 10000 К. При этом, в полном соответствии с теорией, если излу чающий газ является оптически тонким, то интенсивность его излучения не зависит от частоты. Если же слой становится опти чески толстым, эта интенсивность, как и в случае абсолютно черного тела, зависит от частоты.

Интенсивность сферической составляющей радиоизлучения Галактики растет с длиной волны. В частности, при l = 10 м она соответствует температуре 100000 К. Очевидно, что такое излучение не может быть связано с тепловыми движениями электронов в поле атомных ядер. Но какова же природа этого нетеплового радиоизлучения? В 1950 г. X . Альвеп и Н. Герлофсон (Швеция) и независимо от них К. Киппенхойер (ФРГ) пришли к выводу, что источником этого космического радиоизлучения могут быть релятивистские электроны, движущиеся в межзвездных магнитных полях. Таким образом, нетепловое радиоизлучение Галактики явилось доказа тельством того, что в межзвездном пространстве существуют маг нитные поля напряженностью порядка 10 -5 эрстед и реляти вистские электроны с энергиями, достигающими 10 8 эВ .

Благодаря работам В. Л. Гинзбурга, Г. Г. Гетманцева и М. И. Фрадкина (СССР), гипотеза о синхротронном излучении релятивистских электронов превратилась в стройную теорию, объясняющую интенсивность, спектр и другие основные характеристики космического радиоизлучения.

Отметим лишь, что наблюдаемый спектральный индекс синхротронного радиоизлучения Галактики несколько различен для разных интервалов частот. В среднем для частот 30 v a » 0,5. При v примерно равных 300—400 МГц a » 0,8. Этим значениям параметра а со ответствуют значения показателя дифференциального энергети ческого спектра релятивистских электронов g , равное 2 и 2,6. Проблема происхождения поля.

Вопрос о происхождении меж звездных магнитных полей дискутируется уже на протяжении нескольких десятилетий. Л. Бирман и А. Шлютер (ФРГ) устано вили, что слабое магнитное поле может образовываться в не большом объеме «автономно» в результате разделения ионов и электронов благодаря различию их масс. Так, если в газе образовалось уплотнение, то электроны (имеющие одинаковую энергию с ионами, и поэтому примерно в 40 раз большую скорость) будут «рассасываться» быстрее, чем ионы. Такое движение электронов относительно ионов (электри ческий ток!) и приводит к возникновению слабых магнитных . полей. Если при этом температура вещества окажется неоднород ной, то возникшие электрические токи приобретают вихревой характер, что препятствует затуханию процесса. Далее в результате движения газовых масс происходит запутывание силовых линий,, их уплотнение и в конечном итоге — усиление поля.

Повидимому, этим путем могут возникать поля напряженностью до 10 -8 эрстед.

Предполагалось, что в дальнейшем в результате вра щения Галактики конденсации межзвездного газа, пронизанные магнитными полями, вытягиваются, образуя спиральные ветви. О остановимся на современных взглядах на об разование спиральных ветвей галактик как волн плотности. Это вынуждает по-иному рассматривать и проблему происхождения магнитного поля Галактики.

оценка аренды в Москве
оценка грузового автомобиля цена в Калуге
оценка нематериальных активов в Туле