Магнитный суперхайвей: невидимая сила, управляющая галактическим монстром

Астрономы впервые составили карту обширной «магнитной супермагистрали», питающей интенсивное звездообразование и мощные галактические ветра со скоростью 1,8 млн км/ч внутри сливающейся галактической системы Arp 220. Используя комплекс радиотелескопов ALMA в пустыне Атакама, международная исследовательская группа создала самую детальную на сегодняшний день магнитную карту этого космического катаклизма.

Расположенная в 250 миллионах световых лет от Земли, Arp 220 представляет собой ультраяркую инфракрасную галактику (ее светимость в сотни раз превышает светимость нашего Млечного Пути), образованную в результате продолжающегося слияния двух спиральных галактик. Окутанная плотной пылью, она невероятно ярко светится в инфракрасном диапазоне и служит ближайшим аналогом экстремальных, активно формирующих звезды галактик, которые доминировали в ранней Вселенной. Изучая Arp 220, астрономы получают уникальную возможность заглянуть в процессы, формировавшие массивные галактики более 10 миллиардов лет назад.

«Мы использовали ALMA, чтобы отобразить ориентацию и силу магнитных полей в двух ядрах этих галактик», — сообщил руководитель исследования Энрике Лопес-Родригес из Университета Южной Каролины.

Результаты работы показали, что стремительные молекулярные выбросы из галактики пронизаны сильными и упорядоченными магнитными структурами. «Это открыло ранее невидимые детали о скрытых пылью ядрах Arp 220 и ее молекулярных потоках», — добавил Хосеп Микель Хирарт, ведущий наблюдатель исследования из Института космических наук.

Магнитные поля — движущая сила космических ветров

Новые наблюдения показывают, что магнитные поля играют центральную роль в запуске и формировании мощных ветров, исходящих из двойных ядер Arp 220. Эти ветра, скорость которых в 1500 раз превышает скорость звука на Земле, уносят газ, пыль, металлы и космические лучи далеко за пределы самой галактики. До сих пор считалось, что движущей силой таких выбросов являются в основном интенсивное звездообразование и возможная активность черных дыр.

Однако, используя высокое разрешение и возможности поляриметрии ALMA, исследователи смогли проследить, как микроскопические пылевые зерна и молекулы монооксида углерода выстраиваются вдоль линий магнитного поля. Это позволило им реконструировать трехмерную геометрию полей внутри галактики и вдоль ее выбросов.

Результатом стало поразительное изображение того, что ученые назвали почти вертикальным каналом намагниченного газа, истекающего из одного из ядер галактики, — «магнитной супермагистралью».

В западном ядре Arp 220 команда обнаружила хорошо упорядоченную магнитную структуру, тесно связанную с биполярным потоком. Это указывает на то, что магнитное поле не просто пассивно следует за веществом, а активно направляет и ускоряет материал, покидающий галактику. Тем временем, восточное ядро показало спиралевидную магнитную структуру, встроенную в плотный вращающийся диск. Это говорит о том, что крупномасштабный магнитный порядок может сохраняться даже в турбулентной среде сталкивающихся галактик.

Возможно, самым интригующим аспектом исследования стало обнаружение сильно поляризованного «моста» из пыли, соединяющего два галактических центра. Эта намагниченная перемычка, по-видимому, направляет материал и магнитный поток между сливающимися ядрами, что еще раз подчеркивает роль магнитных полей в управлении потоками вещества во время галактических столкновений.

«Когда мы наблюдаем Arp 220 в целом, это одно из лучших мест во Вселенной для изучения того, как гравитация, звездообразование и мощные ветра взаимодействуют с сильными магнитными полями, чтобы преобразовать галактику и обогатить ее окрестности намагниченным газом и пылью», — пояснил Лопес-Родригес.

Измерения показывают, что магнитные поля в этих выбросах необычайно сильны: их интенсивность в сотни и тысячи раз выше, чем типичные поля в Млечном Пути. Такие мощные поля могут существенно влиять на движение и охлаждение газа, процесс формирования новых звезд, а также регулировать потерю галактиками материала в окружающее пространство.

Эти открытия позволяют предположить, что сильные, организованные магнитные поля могли быть обычным явлением в ранней Вселенной, особенно в пылевых галактиках со вспышкой звездообразования, подобных древним аналогам Arp 220. Формируя галактические ветра, магнетизм мог играть ключевую роль в определении того, когда галактики прекращают формировать звезды и как они обогащают межгалактическое пространство.

По мере того как астрономы применяют эти методы к более далеким системам, они ожидают найти подобные магнитные магистрали по всему космосу. На данный момент Arp 220 служит ярким напоминанием о том, что невидимые силы могут оставлять неизгладимый след в видимой Вселенной, подобно невидимым архитекторам, перестраивающим самые грандиозные структуры мироздания. Исследование было опубликовано 2 января в журнале The Astrophysical Journal Letters.