По мнению астрономов, пыль — это ключевая фаза жизненного цикла звезд, которые образуются в пыльных яслях по всему космосу. Но то, как пыль взаимодействует с водородом и ориентируется магнитными полями в глубоком космосе, оказалось теоретической проблемой, рассчитанной на шесть десятилетий.
Теперь международная группа астрономов сообщает о ключевых наблюдениях, которые подтверждают теорию, разработанную астрофизиком Университета Висконсин-Мэдисон Александром Лазарианом и аспирантом из Висконсина Тимом Хоангом.
Теория описывает, как частицы пыли в межзвездном пространстве, как солдаты в строю замков и бурильщиков, вращаются и организуются в присутствии магнитных полей, чтобы точно совмещаться в ключевых астрофизических средах.
Эти усилия обещают распутать теоретический тупик, связанный с ключевыми элементами межзвездной среды, и поддержать новую тактику наблюдений для исследования магнитных полей в космосе.
Новые наблюдения, проведенные группой под руководством Б.Г. Андерссона из Ассоциации космических исследований университетов (USRA), и их теоретические выводы должны быть опубликованы в октябре.
1, 2013 г., издание Astrophysical Journal. Наблюдения проводились с использованием различных методов — оптической и ближней инфракрасной поляриметрии, высокоточной оптической спектроскопии и фотометрии, а также получения чувствительных изображений в ближней инфракрасной области — в обсерваториях Испании, Гавайев, Аризоны и Нью-Мексико.
«Нам необходимо понять выравнивание зерен, если мы хотим использовать поляриметрию как средство исследования межзвездных магнитных полей», — говорит Лазарян, которого вдохновил на решение этой проблемы известный астрофизик Лайман Спитцер. "Сам Спитцер много работал над проблемой."
Ученым давно известно, что звездный свет становится поляризованным, когда он проникает сквозь облака аккуратно выровненных, быстро вращающихся крупинок межзвездной пыли. А анализ поляризованного света — ключевой метод наблюдений. Но то, как пылинки взаимодействуют с водородом, выстраиваются так, что сияющий звездный свет становится поляризованным и вращается, оставалось загадкой.
«Хотя межзвездная поляризация известна с 1949 года, физические механизмы выравнивания зерен до недавнего времени были плохо изучены», — объясняет Андерссон. "Эти наблюдения являются частью скоординированных усилий, направленных на то, чтобы по прошествии более 60 лет поставить выравнивание межзвездных зерен на прочную теоретическую и наблюдательную основу."
Наблюдения, сделанные Андерссоном и его коллегами, подтверждают аналитическую теорию, выдвинутую Лазарианом и Хоангом, известную как момент радиационного выравнивания, которая описывает, как нерегулярные зерна могут выравниваться посредством их взаимодействия с магнитными полями и звездным излучением. Согласно теории, зерна вращаются, как пропеллер, фотонами. Их выравнивание изменяется магнитными полями, которые ориентируют их по отношению к полю, сообщая наблюдателю его направление. Примеси и дефекты на пылинках создают каталитические центры для образования молекул водорода, которые впоследствии выбрасываются, создавая миниатюрные «ракетные двигатели», также называемые «двигателями Перселла» в честь лауреата Нобелевской премии Эдвина Перселла, изучавшего выравнивание зерен.
Теория, разработанная Лазарианом и Хоангом, предсказывает, как тяга молекулярного водорода изменяет выравнивание зерен, и была проверена командой наблюдателей Андерссона.
Подтверждение теории, отмечает Лазариан, не только помогает объяснить, как выравниваются частицы межзвездной пыли, но и обещает астрономам новую возможность использовать поляризованный видимый и ближний инфракрасный свет для надежного исследования силы и структуры магнитных полей в межзвездном пространстве — общеизвестно сложного явления. количественно измерить.
Межзвездные магнитные поля повсеместно распространены в спиральных галактиках, таких как наш Млечный Путь, и считаются важными регуляторами звездообразования и эволюции протопланетных дисков.
Они также контролируют регулирование и распространение космических лучей.
По словам Лазариана, непонятной частью астрофизической головоломки было то, как нерегулярные зерна межзвездной пыли приводились во вращательное движение. Наблюдения, проведенные Андерссоном, показывают, что интенсивное образование молекулярного водорода на поверхности межзвездных пылинок является важным фактором вращения пылинок.
Водород не существует в газовой фазе элемента в космосе, поскольку два атома молекулы не могут избавиться от энергии реакции образования без третьего тела.
Таким образом, два атома водорода используют поверхность пылинок в качестве подложки, и силы реакции достаточно, чтобы привести пылинки в движение.
Новая работа, которая была поддержана Национальным научным фондом, особенно своевременна, говорит Лазарян, поскольку две новые обсерватории — наземная ALMA, Atacama Large Millimeter Array и космический телескоп Planck — готовы к работе. опираться на новые результаты.