Реферат: Магнитные поля Галактики

 

магнитные поля галактики       

Магнитные поля Галактики

Доказательства наличия поля. Явление поляризации света звезд было открыто В. Хилтнероми Дж. Холлом в США и независимо В. А. Домбровским в СССР, в 1948 г. По этомуповоду О. Струве сказал так: «Обнаружение межзвездной поляризации света на­всегда останетсяодним из самых ярких примеров чисто случай­ного открытия, подобно открытию ВильгельмомРентгеном в 1895 г. рентгеновских лучей. От экспериментатора требовалось исключительноемастерство, но еще важнее было осознать, что этот эффект совершенно новый и не предсказанныйпрежними работами».

Сущностьявления межзвездной поляризации света заклю­чается в том, что от звезды к наблюдателю приходят волны о преимущественно одинаково ориентированнымэлектрическим вектором. Другими словами,в межзвездном пространстве имеет местоселективное поглощение света: поглощаются волны с опре­деленной ориентацией электрического вектора. Мыуже отмети­ли, что это явление связанос присутствием в межзвездной среде пылинок.Однако эффект поляризации света будет заметным, только если эти пылинкиориентированы одинаковым образом. Чтоже выполняет роль «дирижера»?

Почти сразу же после открытия межзвездной поляризации света, астрономы в1949 г. пришли к выводу, что в межзвездном пространстве существуют магнитные полянапряженностью око­ло 10-5 эрстед. Именно они и ориентируют пылинки одинаковым образом. Из теорииследует, что каждая пылинка быстро вра­щается вокруг своей малой оси, оставаясь какбы нанизанной на магнитную силовую линию.

Изучениеполяризации света звезд стало важным источником информации о геометрии межзвездныхмагнитных полей. Так, было установлено, что в Галактике имеется магнитное поле,па­раллельное плоскости Млечного Пути и направленное вдоль ее спиральныхветвей. Другой метод исследования магнитного поля Галактики заключаетсяв изучении формы светлых туманностей. Идя таким путем, Г. А. Шайп пришел к выводу,что вытянутостьэтих туманностей является результатом их расширения в магнитном поле, причемдвижение вещества происходит вдоль магнитных силовых линий, тогда какпоперечные движения тор­мозятся магнитным полем.

К 1949 г.уже был установлен состав космического излучения за пределами земной атмосферы и оцененаплотность энергии космических лучей в расчете на единицу объема. Оказалось, что последняя примерноравна плотности энергии излучения звезд. Но как объяснить высокую степень изотропиикосмических лу­чей? 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 вмежгалактическом про­странстве полная энергия космических лучей будет уже втысячи разбольше энергии излучения. Таким образом, необходимо было предположить, что воВселенной существуют мощные источники, обеспечивающие плотность энергии в формекосмических лучей, примерно в 104 раз большую, чем в форме излучения. Более приемлемой поэтомупредставлялась вторая возможность.

Но ведьСолнце не находится в центре Галактики. Поэтому, чтобы объяснить изотропиюкосмического излучения, необходимо было предположить, что траектории космическихлучей в Галак­тике сложны и запутаны. Искривить же траекторию быстрой за­ряженной частицыможет только магнитное поле. Мы уже виде­ли (см. гл. 5), что в магнитном полечастица движется по спира­ли, радиус которой прямо пропорционален ее энергии иобратно пропорционаленнапряженности поля. Несложный расчет показывает,что траектория частицы с энергией Е = 1018 эВ имеет радиус кривизны порядка 1000 пс при напряженностиполя  »10-6эрстед. Этого достаточно, чтобы удержать частицу в Галактике.

Здесь напрашивался вывод, что магнитное поле спиралей не может удержатьрелятивистскую частицу, которая все же может ускользнуть в межгалактическое пространство. Магнитное поледолжно заполнять всю Галактику, он должнобыть и в спиралях и вне их, в газовыхоблаках и между ними, иначе сквозь эти про­межутки происходила бы утечка космических лучей.

В присутствии магнитного поля устанавливается своеобразное динамическое равновесиемежду полем и движением вещества, происходит равномерное распределение энергий.Это значит, что плотность кинетической энергии газа rn2/2 в стационарномсостояниистановится равной плотности энергии поля Н2/(8*p). Вне спи­ральных ветвей и облаковплотность вещества невелика, поэтому частицы разреженного газа обладают большимискоростями, поз­воляющими 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 Галактикиподразделяется на две составляющие, сильно отли­чающиеся по спектру. Первая из них,плоская составляющая — это тепловое излучение ионизованных облаков межзвезднойга­зовойсреды, обусловленное движениями электронов вблизи ионов. Онохарактеризуется яркостной температурой порядка 10000 К. При этом, в полномсоответствии с теорией, если излу­чающий газ является оптически тонким, тоинтенсивность его излученияне зависит от частоты. Если же слой становится опти­чески толстым, эта интенсивность, как и в случае абсолютно черного тела, зависит от частоты.

Интенсивностьсферической составляющей радиоизлучения Галактики растет с длиной волны. В частности,при l = 10 м онасоответствует температуре 100000 К. Очевидно, что такое излучение не может быть связано с тепловыми движениями электроновв поле атомных ядер. Но какова же природа этого нетеплового радиоизлучения?

В 1950г. X.Альвеп и Н. Герлофсон (Швеция) и независимо от них К. Киппенхойер (ФРГ) пришли к выводу, что источником этого космического радиоизлучения могут бытьрелятивистские электроны, движущиесяв межзвездных магнитных полях. Таким образом,нетепловое радиоизлучение Галактики явилось доказа­тельством того, что в межзвездном пространствесуществуют маг­нитные полянапряженностью порядка 10-5 эрстед и реляти­вистские электроны с энергиями, достигающими 108эВ.

/> <td/> />
Благодаряработам В. Л. Гинзбурга, Г. Г. Гетманцева и М. И. Фрадкина (СССР), гипотеза осинхротронном излучении релятивистских электронов превратилась в стройную теорию,объясняющую интенсивность, спектр и другие основные харак­теристикикосмического радиоизлучения. Отметим лишь, что наблюдаемый спектральный индекссинхротронного радиоизлучения Галактики   несколько различен для разных интерваловчастот.

 Всреднем длячастот 30 < v <1000 МГц имеем a»0,5. При v примерно равных 300—400 МГц a»0,8. Этим значениямпараметра а со­ответствуют значения показателя дифференциального энергети­ческого спектрарелятивистских электронов g, равное 2 и 2,6.

Проблемапроисхождения поля. Вопрос о происхождении меж­звездных магнитных полейдискутируется уже на протяжении нескольких десятилетий. Л. Бирман и А. Шлютер(ФРГ) устано­вили, что слабое магнитное поле может образовываться в не­большом объеме«автономно» в результате разделения ионов и электронов благодаря различию их масс.

Так, если в газе образовалось уплотнение, тоэлектроны (имеющие одинаковую энергию с ионами, и поэтому примерно в 40 раз большую скорость) будут«рассасываться» быстрее, чем ионы. Такоедвижение электронов относительно ионов (электри­ческий ток!) и приводит к возникновению слабых магнитных. полей.Если при этом температура вещества окажется неоднород­ной, 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. По-видимому, этимпутем могут возникать поля напряженностью до 10-8 эрстед. Предполагалось, что в дальнейшем в результатевра­щения Галактики конденсациимежзвездного газа, пронизанные магнитнымиполями, вытягиваются, образуя спиральные ветви. Оостановимся на современных взглядах на об­разование спиральных ветвей галактик как волн плотности. Это вынуждаетпо-иному рассматривать и проблему происхождения магнитного поля Галактики. Недавно Н. С. Кардашев высказал предположение, что магнитное поле Галактики имеетвнегалак­тическое происхождение.Другими словами, слабое поле могло существоватьуже в самом веществе, из которого сформировалась Галактика. В процессе эволюции нашей звездной системы оно усиливалосьи закручивалось ее вращение.