Кредит изображения: Хаббл
Ученые из Калифорнийского университета, работающие в Лос-Аламосской национальной лаборатории, предложили новую теорию, объясняющую движение огромных энергетических полей в гигантских радиогалактиках (GRG). Теория могла бы стать основой для совершенно нового понимания того, как космические лучи - и их характерные радиоволны - распространяются и перемещаются в межгалактическом пространстве.
В статье, опубликованной в этом месяце в The Astrophysical Journal Letters, ученые объясняют, как переподключение магнитного поля может быть причиной ускорения релятивистских электронов в больших межгалактических объемах. То есть движение заряженных частиц в пространстве, которые изначально заряжены массивными черными дырами.
«Если наше понимание этого процесса правильное, - говорит астрофизик из Лос-Аламоса Филипп Кронберг, - это может быть изменение парадигмы в современном мышлении о природе GRG и космических лучей».
Исследователи до сих пор не до конца понимают, почему происходит переподключение магнитного поля, но это очень известно: более глубокое понимание этого механизма может иметь важные приложения здесь, на Земле, например, создание системы магнитного удержания для реакторов термоядерной энергии.
Если теория ученых из Лос-Аламоса верна, открытие также имеет широкие астрофизические последствия. Это подразумевает, что переподключение магнитного поля или какой-либо другой высокоэффективный процесс преобразования энергии поля в частицы может быть основным источником всех внегалактических радиоисточников, а также, возможно, и таинственных «частиц космических лучей сверхвысокой энергии».
Гигантские радиогалактики - это огромные небесные объекты, которые излучают непрерывный спектр радиоволн, обнаруживаемых с помощью радиотелескопов, таких как в Очень большом массиве в Сокорро, штат Нью-Мексико. Используя всесторонние данные о семи крупнейших радиогалактиках во Вселенной, собранные за последние два десятилетия, исследователи смогли изучить энергетические поля космических лучей, которые выбрасываются из центров GRG - которые почти наверняка содержат сверхмассивные черные дыры - наружу на целых несколько миллионов световых лет в межгалактическое пространство (1 световой год = 5 900 000 000 000 миль).
Исследователи из Лос-Аламоса пришли к выводу, что высокое содержание энергии в этих гигантских радиогалактиках, их крупные упорядоченные структуры магнитного поля, отсутствие сильных крупномасштабных ударов и очень низкая внутренняя плотность газа указывают на прямое и эффективное преобразование магнитного поля. к энергии частиц в процессе, который астрофизики называют пересоединением магнитного поля. Переподключение магнитного поля - это процесс, в котором линии магнитного поля соединяются и исчезают, превращая энергию поля в энергию частиц. Воссоединение считается ключевым процессом в солнечной короне для производства солнечных вспышек и в экспериментальных устройствах термоядерного синтеза, называемых токамаксами. Это также происходит во взаимодействии между солнечным ветром и магнитным полем Земли и считается основной причиной магнитосферных бурь.
Исследование установило, что измерение общего энергосодержания по крайней мере одной из этих гигантских радиогалактик, которая, как полагают, имеет в центре черную дыру с массой, равной 100 миллионам масс нашего Солнца, составило 10 61 эрг. Эрг - это мера энергии, где один эрг - это количество энергии, необходимое для подъема одного грамма веса на расстояние в один сантиметр. Этот энергетический уровень в 10 61 эрг в несколько раз превышает термоядерную энергию, которая может быть выделена всеми звездами в галактике, что является существенным доказательством для исследователей, что источником измеренной энергии не может быть типичное слияние Солнца или даже сверхновые.
В дополнение к высокому содержанию энергии большая упорядоченная структура магнитного поля и отсутствие сильных крупномасштабных ударов - подобных тем, которые могут присутствовать при взрыве сверхновой - заставили ученых поверить, что процесс пересоединения магнитного поля на работе.
Помимо Кронберга, теория является результатом работы ученых из Лос-Аламоса Стирлинга Колгейта, Хуэй Ли и Квентина Дафтона. Исследование финансировалось из средств Лос-Аламосской лаборатории исследований и разработок (LDRD). LDRD финансирует фундаментальные и прикладные исследования и разработки, фокусируясь на креативных концепциях, выбранных по усмотрению директора лаборатории.
Национальная лаборатория Лос-Аламоса находится в ведении Калифорнийского университета при Национальном управлении по ядерной безопасности (NNSA) Министерства энергетики США и работает в партнерстве с национальными лабораториями NNSA Sandia и Lawrence Livermore для поддержки NNSA в его миссии.
Лос-Аламос укрепляет глобальную безопасность, обеспечивая безопасность и уверенность в ядерных арсеналах США, разрабатывая технологии для уменьшения угроз, создаваемых оружием массового уничтожения, и улучшая экологическое и ядерное наследие холодной войны. Возможности Лос-Аламоса помогают нации в решении проблем энергетики, окружающей среды, инфраструктуры и биологической безопасности.
Источник: Лос-Аламосская национальная лаборатория.
