Магнитные поля в космосе незаметны телескопам, но влияют на небесные объекты от звезд до галактик. Астрономы сталкиваются с трудностями при изучении этих полей из-за их скрытого характера, особенно около звезд. Для решения проблемы применяются инструменты, связанные с заряженными частицами, поляризованным светом и радиоастрономией.
Магнитные поля присутствуют повсюду во Вселенной, окружая такие объекты, как планеты, звезды и галактики. В отличие от звезд, которые ярко светятся, или галактик, образующих красивые узоры, магнитных полей не видно. Это научная загадка, которая вынуждает астрономов применять практические методы для изучения этих скрытых сил.
Радиоволны
Радиоволны, вид электромагнитного излучения, схожи с видимым светом общими характеристиками, но имеют большую длину волны и меньшую частоту. Такие свойства позволяют радиоволнам использоваться для навигации в космосе и прохождения даже самых густых космических облаков.
Радиоволны, в отличие от видимого света, способны проходить сквозь межзвездную пыль и газ. Астрономы исследуют эти газы в радиодиапазоне для понимания роли пыли в разных астрофизических процессах.
Заряженные частицы и магнитные поля
Магнитные поля невидимы невооружённому глазу, но существенно влияют на зарядные частицы в космосе. Взаимодействие полей с частицами даёт учёным эффективный метод их исследования.
Подумайте о полярных сияниях на Земле — красивых огнях, часто видимых в полярных регионах.
Они возникают, когда заряженные частицы солнечного ветра взаимодействуют с магнитным полем нашей планеты.
Эти частицы следуют линиям магнитного поля и иногда врезаются в газы в атмосфере. В результате этого происходит излучение как видимого света (полярное сияние), так и радиоизлучения, которое невидимо глазу, но обнаруживается с помощью специальных приборов.
Эти огни демонстрируют работу магнитных полей.
Магнитные поля звезд и других космических объектов могут улавливать заряженные частицы. Двигаясь по магнитным путям, частицы излучают свет – синхротронное излучение. Оно возникает при сильном разгоне заряженных частиц магнитными полями. Имея место движение вдоль линий магнитного поля, частицы испускают излучение разных длин волн, в том числе радиоволны.
Спектр звёзд при учёте эффекта Зеемана.
Спектроскопия — метод разделения света на цвета или длины волн, позволяющий изучать небесные тела с помощью фундаментального подхода. Астрономы фиксируют свет звезды и направляют его на призму или дифракционную решетку, получая спектр. Ученые исследуют спектральные линии внутри этого спектра, которые меняются из-за эффекта Зеемана в присутствии магнитного поля. Смещение и расщепление линий дают информацию о силе и ориентации магнитного поля.
В XIX веке голландский физик Питер Зееман обнаружил, что при нахождении атома в магнитном поле спектральные линии разделяются на несколько составляющих при переходе электронов между энергетическими уровнями. Позднее это явление назвали эффектом Зеемана. Астрономы используют его для обнаружения наличия и измерения силы магнитных полей в звёздах.
Картирование магнитных полей в галактиках
Исследование отдельных звезд и черных дыр занимательно, но радиоастрономия дает возможность ученым наблюдать целые галактики и огромные пространства, которыми заполнены они. В нашей галактике Млечный Путь магнитные поля распространяются в пространство между звездами, которое заполнено ионизированным газом и пылью.
Ионизированный газ сам по себе не излучает много света, но при взаимодействии с поляризованным светом проявляет интересное свойство. Поляризованный свет от объектов, таких как пульсары, меняет своё направление при прохождении через ионизированный газ. Это явление называется вращением Фарадея, а степень его изменения зависит от частоты света и количества ионизированного газа.
Исследуя изменения поляризованного света пульсаров на разных частотах, учёные могут создать карты, показывающие расположение ионизированного газа в нашей галактике. Поскольку ионизированный газ располагается вдоль линий магнитного поля, это помогает составить карту галактического магнитного поля.
Мы способны измерять магнитные поля галактик, расположенных на расстоянии миллиардов световых лет. Так, недавно Атакамская большая миллиметровая/субмиллиметровая антенна (ALMA) измерила магнитное поле галактики, свет от которой преодолел путь в 11 миллиардов лет. В этой галактике много пыли, и излучаемый ею свет поляризован, следуя за направлением пылевых зерен. Поскольку пылевые зерна часто ориентированы вдоль линий магнитного поля, астрономы могут использовать это для составления карт магнитных полей галактик даже в самых отдаленных участках Вселенной.
Невидимое в космосе дает нам ключ к пониманию Вселенной. Тайны темной материи и темной энергии, секреты черных дыр, невидимые магнитные поля вокруг звезд и галактик — радиоастрономия помогает открыть истины.
Заряженные частицы, синхротронное излучение и поляризованный свет помогают астрономам исследовать сложный мир космического магнетизма. Расшифровав магнитные сигналы звезд, отслеживая изменения магнитных полей в галактиках, можно заглянуть в прошлое и изучить древние галактики. С развитием радиоастрономии систематически раскрываются тайны магнитных полей вокруг звезд, предоставляя практическое представление о скрытых сокровищах Вселенной.