Zapierający dech w piersiach obraz wprost z kosmosu. Co stoi za fotografią odległej galaktyki?

Choćby taka galaktyka NGC 4217. Znajduje się ok. 67 mln milionów lat świetlnych od Drogi Mlecznej. Pokazane tu na zdjęciu pole magnetyczne wychodzi poza jej krawędź (paśmie promieniowania widzialnego) ponad 22,5 tys. lat świetlnych.

Pola magnetyczne galaktyk to nadal zjawisko słabo poznane. Astronomowie nie wiedzą choćby jak powstają, czy też w jaki sposób utrzymują swój zasięg. Tworzenie wirtualnych map na podstawie zdjęć jak to NGC 4217 daje nadzieję na znalezienie odpowiedzi na te i inne pytania.

– Galaktyka NGC 4217 jest dla nas szczególnie istotna. Patrząc na tę fotografię jasno widać, że gdy mówimy o galaktykach jak Droga Mleczna nie powinniśmy zapominać, że każda ma swoje bardzo rozległe pole magnetyczne – zwraca uwagę w informacji prasowej astronom i fizyk Yelena Stein, niegdyś z niemieckiej uczelni Ruhr-Universität Bochum, obecnie francuskiego Centre de Données astronomiques w Strasburgu.

Pola magnetyczne, niewidoczne dla naszego oka, oddziałują na wrażliwe na magnetyzm cząsteczki. Można je dostrzec wokół magnesów, ale można też stworzyć z pomocą obwodów elektrycznych. W skali kosmicznej wykrywa się je m.in. obserwując promieniowanie kosmiczne.

Napędzone eksplozją supernowej elektrony mknąc przez wszechświat z prędkością bliską prędkości światła okręcają się wokół pól magnetycznych generując tzw. promieniowanie synchrotronowe (elektromagnetyczne, nietermiczne i zawierające typowo pasma podczerwone, widzialne, ultrafioletu oraz X).

Emisje synchrotronowe możemy obserwować z Ziemi i na jego podstawie odtwarzać wygląd pola magnetycznego. Polaryzacja promieniowania synchrotronowego (sposób zakręcenia fal generowanych przez elektrony) pozwala określić orientację linii wyznaczających pole magnetyczne.

Tej techniki użyto do zobrazowania pola wokół NGC 4217. Posłużono się do tego radioteleskopami w Nowym Meksyku (Karl G. Jansky Very Large Array) i należącymi do sieci Low-Frequency Array (LOFAR) z siedzibą w Holandii. Rezultat? Pole magnetyczne w kształcie litery ”X” o relatywnie niskiej sile 9 μGs (mikrogaus; ziemskie ma 0,5 μGs).

Astronomowie dostrzegli na zdjęciu jedną strukturę w kształcie helisy oraz dwie w formie ”super bańki”. Te drugie formy powstają w regionach galaktyk w których kończą swój żywot masywne gwiazdy (supernowa) oraz w gwiezdnych żłobkach, gdzie moment narodzin wywołuje prawdziwe kosmiczne wichury. Znaleziono też coś dziwnego. Wzdłuż całego pola magnetycznego galaktyki pojawiają się duże pętle.

– Czegoś takiego jeszcze nie widzieliśmy. Podejrzewamy, że powstają one przy okazji procesu formowania się nowych gwiazd, gdy materia jest wyrzucana na zewnątrz – wyjaśniła Stein.

Jak już wspomnieliśmy, nie ma pewności co utrzymuje pole magnetyczne, ale aktualna hipoteza wskazuje na mechanizm przypominający rowerowe dynamo. W tym przypadku tworzy go stale poruszający się, przewodzący energię płyn zmieniający energię kinetyczną w magnetyczną.

Mamy takie dynamo też na Ziemi. To płynna część żelaznego, zewnętrznego płaszcza jądra planety. W przypadku Słońca stanowi go płynna plazma. I najpewniej to ona też “napędza” pole magnetyczne galaktyk.