Śledzenie krążących po kosmosie słabszych „zalążkowych” pól magnetycznych
Pola magnetyczne rozciągają się na miliony lat świetlnych na przestrzeni całego Wszechświata. Bardzo słabe pola, około milion razy słabsze od pola magnetycznego Ziemi, mogą przenikać przez gwiazdy w naszej Drodze Mlecznej i oplatać je lub działać jak ogromne włókna łączące odległe galaktyki. Robią to, nie zdradzając swojej aktywności, z wyjątkiem sytuacji, gdy ulegają zwinięciu, powodując spektakularne pokazy, takie jak aktywne jądra galaktyk.
Jak powstało pierwotne pole magnetyczne naszego Wszechświata
Wyjaśnienie pochodzenia tych słabych pól magnetycznych i ich wzmacniania aż do obecnych poziomów pozostaje wielką zagadką. Najbardziej wiarygodnym wyjaśnieniem tego, jak silniejsze pola magnetyczne mogły wyewoluować z pól zalążkowych, jest efekt dynama. „Koncepcja ta jest analogiczna do mieszania małej ilości sfermentowanego ciasta z jego większą porcją, co powoduje, że mieszanka pęcznieje i rośnie. Podczas formowania się galaktyk na wczesnym etapie powstania Wszechświata maleńkie pola zalążkowe aktywowane przez efekt dynama w podobny sposób doprowadziły do powstania silniejszych pól magnetycznych”, wyjaśnia Manuel Meyer, koordynator projektu GammaRayCascades, który otrzymał dofinansowanie w ramach działania „Maria Skłodowska-Curie”. Chociaż to uzasadnienie stanowi rozwiązanie jednej z tajemnic, rodzi ono również pytanie, skąd wzięły się pola zalążkowe. Niezależnie od mechanizmu ich powstania, przypuszczalnie znajdują się one w pustych regionach Wszechświata. Pola te mogłyby być miliardy razy słabsze od pola magnetycznego Ziemi.
Promienie gamma jako sondy do pomiaru bardzo słabych pól magnetycznych
„Nasze badania skupiły się na obserwacji zalążkowych pól magnetycznych pośrednio, wykorzystując obserwacje promieniowania gamma z odległych galaktyk. Takie promieniowanie cechuje się znacznie wyższą energią niż promieniowanie rentgenowskie i powstaje dzięki naładowanym cząstkom poruszającym się z prędkością bliską prędkości światła w wypływach plazmy emitowanych przez aktywne jądra galaktyk, tzw. blazary”, mówi Meyer. Podczas swojej podróży w kierunku Ziemi wysokoenergetyczne promienie gamma zderzają się z fotonami kosmicznego promieniowania tła o niższej energii, niszczą je i tworzą pary elektronowo-pozytonowe. Te naładowane cząstki „wyczuwają” słabe pole magnetyczne i zaczynają w nim wirować. Dopóki we Wszechświecie krążą wolne fotony, promienie gamma będą nadal „podbijać” energię tych fotonów, tworząc kaskadę promieniowania gamma i pary elektronowo-pozytonowe. Ważne jest wówczas rozróżnienie, które promienie gamma pochodzą z sygnału kaskady, a które bezpośrednio ze źródła (blazara). „Ponieważ elektrony i pozytony poruszają się w polu magnetycznym po zakrzywionych torach, promienie gamma wydają się odbiegać od blazara w swojej drodze na Ziemię, otaczając ten punktowy blazar halo promieniowania”, zauważa Meyer.
Dlaczego zalążkowe pola magnetyczne są tak ważne
Łącząc dane obserwacyjne z teleskopów Fermi Large Area Telescope oraz HESS, badacze wyznaczyli nieokreślone dotąd wąskie granice niskiego progu, jaki musi pokonać natężenie pola zalążkowego, aby wykryć to halo. Naukowcy donoszą również, że obserwowanie konkretnego blazara za pomocą systemu teleskopów Czerenkowa, który ma zostać wkrótce uruchomiony, przez 50 godzin może pomóc w zbadaniu dotychczas nieokreślonych natężeń zalążkowych pól magnetycznych. Wyniki badań przeprowadzonych przez naukowców opublikowano w tym artykule. „Wyznaczenie natężenia zalążkowych pól magnetycznych mogłoby dostarczyć danych wejściowych do wielkoskalowych symulacji powstawania galaktyk. Takie pomiary mogłyby również pomóc w określeniu, jak silnie promienie kosmiczne spoza Drogi Mlecznej ulegają odchyleniu w drodze na Ziemię”, zauważa Meyer. Podobne badanie, mające na celu poznanie, w jaki sposób pola magnetyczne polaryzują sygnały radiowe, przeprowadzono w ramach projektu LODESTONE. „Ostatecznie nasze badania mogą odpowiedzieć na pytanie, czy pola zalążkowe powstały w niezwykle gorącej pierwotnej plazmie krótko po Wielkim Wybuchu, czy podczas gwiezdnych eksplozji, kiedy to wyrzucony gaz i wewnętrzne pola magnetyczne «zanieczyściły» resztę Wszechświata”, podsumowuje Meyer.
Słowa kluczowe
GammaRayCascades, promienie gamma, blazar, zalążkowe pola magnetyczne, aktywne jądra galaktyk, powstanie galaktyk, efekt dynama, pary elektron-pozyton, halo
