Уявіть собі невидиму «тканину», що пронизує мільйони світлових років простору й керує рухом заряджених частинок, але її неможливо побачити напряму. Саме так виглядає магнітне поле гігантського скупчення галактик. І тепер астрономам уперше вдалося відновити його форму від самого центру до околиць у скупченні Abell 2255, про що розповідає команда в матеріалі Space Astronomy.
Що відомо коротко
- Астрономи вперше реконструювали магнітне поле усього скупчення галактик, а не окремих його ділянок.
- Об’єкт дослідження — скупчення Abell 2255 на відстані близько 1 мільярда світлових років від Землі.
- Спостереження виконали за допомогою європейського радіотелескопа LOFAR (Low Frequency Array).
- Команда зібрала радіодані протягом 224 годин, створивши рекордно глибоку карту цього скупчення.
- Виявилося, що магнітні поля не хаотичні: їхню форму задає рух гарячого газу під час формування скупчення.
Як «побачити» невидиме магнітне поле
Магнітне поле саме по собі не світиться. Але якщо в ньому мчать електрони майже зі швидкістю світла, вони випромінюють радіохвилі. Це схоже на те, як вітер, що свистить у дротах, видає звук, хоча сам по собі невидимий.
Abell 2255 давно відоме як дуже складне радіоджерело. У ньому є розмиті, гігантські радіоструктури, створені електронами, які рухаються в слабких магнітних полях міжгалактичного простору. Для астрономів це ідеальна «лабораторія», щоб вивчати, як виникають і змінюються космічні магнітні поля.
Проблема в тому, що сигнал від цих електронів надзвичайно слабкий. Це як намагатися почути шепіт у гучному натовпі. Тому потрібні і дуже чутливі телескопи, і багато годин спостережень, і складна обробка даних.
Рекордні спостереження LOFAR і новий метод аналізу
У межах проєкту LOFAR Galaxy Cluster Ultra-Deep Field команда астрономів спрямувала мережу радіоантен LOFAR на Abell 2255 і збирала дані 224 години. Це одні з найглибших радіоспостережень скупчення галактик, які будь-коли проводилися.
Керівник команди Андреа Боттеон (Andrea Botteon) з Національного інституту астрофізики Італії пояснює, що такі надчутливі радіозображення потрібні, щоб зрозуміти, як електрони розганяються до релятивістських швидкостей і як магнітні поля підсилюються на космічних масштабах.
За словами дослідників, вони поєднали найглибші радіоспостереження з інноваційною технікою аналізу даних. Це дозволило вперше відновити форму магнітного поля цілого скупчення галактик, а не лише окремих його фрагментів.
У результаті вчені отримали своєрідну «карту текстури» магнітного поля Abell 2255 — якби його можна було побачити, воно нагадувало б невидимі волокна, що тягнуться крізь гарячий газ між галактиками.
Як газ «ліпить» магнітне поле скупчення
Аналіз показав, що в деяких ділянках скупчення магнітні лінії мають чітко визначений напрямок. Вони витягуються радіально — ніби промені, що розходяться від центру, — уздовж протяжних радіоструктур.
У регіонах, де домінують ударні хвилі, картина інша: там магнітні поля орієнтовані по дотичній, тобто «обтікають» фронти цих хвиль. Це схоже на те, як вітер по-різному розчісує траву: десь пригладжує її в одному напрямку, а десь закручує у вихори.
Такі відмінності свідчать, що магнітне поле Abell 2255 формується тими ж процесами, які дозволяють скупченню «нарощувати масу» — притягувати й накопичувати гарячий газ. Рух цього газу розтягує, стискає й організовує магнітні лінії, надаючи їм певної форми.
Команда вважає, що механізм, який «вмикає» гігантські радіовипромінювання в скупченнях галактик, безпосередньо пов’язаний із процесом їхнього формування. Тобто коли скупчення росте, зливаючись і поглинаючи матерію, воно одночасно «перекроює» власне магнітне поле.
Чому це відкриття важливе для розуміння Всесвіту
Результати для Abell 2255 стали першими спостережними доказами того, що механізми, які змушують галактики збиратися в гігантські скупчення — найбільші структури у Всесвіті, — одночасно формують і їхні магнітні поля.
Інакше кажучи, магнітні поля на цих масштабах не є випадковими чи «шумом» на фоні. Вони впорядковані й тісно пов’язані з динамікою гарячого газу, який заповнює простір між галактиками.
Такі дослідження допомагають зрозуміти, як з’являються й еволюціонують магнітні поля в космосі загалом — від окремих галактик до гігантських скупчень. Вони також дають підказки про те, як енергія перерозподіляється в цих колосальних структурах і як це впливає на їхній подальший розвиток.
Робота команди прийнята до публікації в журналі Astronomy & Astrophysics і доступна як препринт на сервісі arXiv.
FAQ
Це вже остаточна карта магнітного поля Abell 2255 чи лише перший крок?
Нинішня реконструкція — перша настільки детальна карта магнітного поля цілого скупчення, але вона базується на одному наборі радіоспостережень і конкретному методі аналізу. У майбутньому інші телескопи та додаткові дані можуть уточнити цю картину й показати ще дрібніші деталі структури поля.
Чому астрономи не могли зробити це раніше?
Сигнал від електронів у слабких магнітних полях надзвичайно слабкий, а отже, потрібні дуже чутливі радіотелескопи й довгі години спостережень. Лише поява масивних масивів на кшталт LOFAR і розвиток нових методів обробки даних зробили можливим настільки глибоке картування магнітних полів у скупченнях галактик.
Чи можна так само відновити магнітні поля інших скупчень галактик?
Теоретично — так. Той самий підхід можна застосувати до інших скупчень, якщо є достатньо глибокі радіоспостереження. Abell 2255 став першим «полігоном», але в майбутньому подібні карти можуть з’явитися і для інших гігантських структур.
Чи впливають ці магнітні поля на галактики та зірки всередині скупчення?
Магнітні поля можуть спрямовувати рух заряджених частинок і впливати на те, як енергія поширюється в гарячому газі між галактиками. Це, у свою чергу, може позначатися на умовах, у яких формуються й еволюціонують галактики, хоча деталі цього впливу ще потрібно вивчити.
🤯 Виявляється, що найбільші «будівельні ліси» Всесвіту — скупчення галактик — не просто збирають матерію, а й одночасно тчуть гігантські магнітні візерунки з гарячого газу та заряджених частинок. Те, що ще вчора було невидимою абстракцією, сьогодні перетворюється на карту, за якою ми можемо простежити, як космос формує свої найбільші структури.