Posted by 1949 წელს, ამერიკელმა ასტრონომებმა, უილიამ ჰილთნერმა და ჯონ ჰოლმა, ჩვენი გალაქტიკის სინათლის სუსტი პოლარიზაცია (ელექტრო და მაგნიტური ველის დაძაბულობათა ვექტორების რხევის მიმართულება – ელექტრომაგნიტური ტალღების პოლარიზაცია) აღმოაჩინეს. ამ მოვლენის ასხსნელად, ჰილთნერმა ეს პოლარიზაცია მტვრის ნაწილაკებზე მაგნიტური ველის ზემოქმედებას დაუკავშირა. ერთი წლის მერე, კალიფორნიის ტექნიკური უნივერსიტეტის თანამშრომლებმა, ლევერეთ დევისმა და ჯესი გრინშთაინმა, ამ ველის სიდიდე გაზომეს. მოგვიანებით, ჰილთნერმა ეს ეფექტი ანდრომედას გალაქტიკაშიც(М31) დაინახა, რითაც კოსმოსური მაგნიტიზმის შესწავლას დაუდო საფუძველი.
კოსმოსური სივრცის ”დამაგნიტება” რამდენიმე გზით განისაზღვრება. პირველი – ვარსკვლავური სინათლის პოლარიზაციის ხარისხით. ვარსკვლავების გამოსხივება თავიდანვე იზოტროპულად არის პოლარიზებული, სხვადასხვა პოლარიზაციის მქონე ტალღები კი კოსმოსური მტვრის ნაწილაკებზე განსხვავებულად გაიბნევა: წრფივი პოლარიზაციის მქონე ტალღა, რომლის ვქტორი მაგნიტური ველის ორთოგონალურია, სხვებზე ძლიერად შთაინთქმება. ეს მეთოდი კარგად მუშაობს სპირალური გალაქტიკების შემთხვევაში, მაგრამ არა ელიფსურებში, რომლებშიც ძალიან ცოტა მტვერია.
გალქტიკის მაგნიტური ველის სიდიდისა და მიმართულების დადგენა, ძალიან მაღალი სიჩქარით მოძრავი ელექტრონების (რელატივისტური) სინქროტრონული (აჩქარებული ელექტრონების მიერ ჭარბი ენერგიის მოშორება გამოსხივების სახით) ანალიზითაც შეიძლება, რომლებიც მაგნიტური ველის ძალწირების გარშემოა ჩახვეული. ასეთი ელექტრონების წყაროს ზეახლები წარმოადგენენ, რომელთა ანთება ელიფსურ გალაქტიკებში იშვიათად ხდება. მაგნიტური ველის სიდიდეზე აქ, წყალბადის ატომის სპექტრული ხაზების დაშლის მიხედვით შეიძლება მსჯელობა, რაც ზეემანის ეფექტით არის გამოწვეული. მაგრამ ელიფსურ გალაქტიკებში წყალბადის ღრუბლებიც ცოტაა.
ფოტონების ქარი
2006 წლის თებერვალში, იაპონელმა ასტროფიზიკოსებმა, რელიქტური (დიდი აფეთქების დროინდელი) მაგნიტური ველის მოდელი გამოაქვეყნეს. მათ განიხილეს მექანიზმი, რომელიც ამ ველის გენერირებას პირველადი ნუკლეოსინთეზისა (ატომების წარმოქმნა) და პირველი ნეიტრალური ატომების გაჩენამდე ახდენდა. მაშინდელი მატერია პროტონების, მცირე რაოდენობით დეითერიუმის ბირთვების დანამატით, ჰელიუმისა და ლითიუმის, ელექტრონებისა და მაღალენერგიული ფოტონებისგან შემდგარ გავარვარებულ პლაზმას წარმოადგენდა. ამ პლაზმაში ფოტონების ქარის ნაკადები გაჩნდა, კვანტების მაღალი კონცენტრაციის მქონე ზონებიდან მქროლი, შედარებით გაიშვიათებული ზონებისკენ. ამ ქარს თან მიჰქონდა ელექტრონები, ხოლო დადებითი მუხტის მატარებელ მძიმე ბირთვებზე ზეგავლენას პრაქტიკულად ვერ ახდენდა. ელექტრონების მოძრაობა ჩახვულ დენს აჩენდა, ეს უკანასკნელი კი პირველად მაგნიტურ ველს მილიონობით სინათლის წლის ზომით. ეს მექანიზმი დიდი აფეთქებიდან დაახლოებით 400 ათასი წლის მერე შეჩერდა, როცა თავისუფალი ელექტრონები, იონებს (იონიზაცია) მიუერთდა, ხოლო ფოტონების ქართან ურთიერთქმედება შეწყვიტა. პირველადი ველის ძალა მეგაპარსეკულ სკალაზე 10-18 გაუსს შეადგენდა, ხოლო კილოპარსეკების (1 პს = 3,2 ს.წ.) სკალაზე – ათასობით და ათი ათსობითჯერ მეტი შეიძლება ყოფილიყო.
საიდან გაჩნდა ეს მაგნიტიზმი?
გალაქტიკური მაგნიტური ველის გაჩენის მექანიზმის ახსნას ორი საპირისპირო კონცეფციით ცდილობენ. ენრიკო ფერმის აზრით, პირველადი მაგნიტური ველი, გალაქტიკებმა ჩაიჭირა და გააძლიერა, რის შედეგადაც დღევანდელი დღისთვის დამზერადი მაგიტური ველი გაჩნდა. ბრიტანელი ასტრონომი ფრედ ჰოილი, ამ მოსაზრების წინააღმდეგ გამოდიოდა, ხოლო ამერიკელმა ასტროფიზიკოსმა იუჯინ პარკერმა, გალაქტიკური მაგნიტიზმი, გალაქტიკებსა და გალაქტიკათა გროვებში პლაზმის წრიული მოძრაობით ახსნა. ამ გალაქტიკური დინამომანქანის იდეას სხვა მეცნიერებიც ანვითარებდნენ.
გალაქტიკათა გროვებისა და მაგნიტური ველის ფორმირების ანიმაცია.
”თეორიები რელიქტური მაგნიტური ველის შესახებ ელეგანტურად გამოიყურება, ხოლო ზოგიერთი მათგანი მართებულიც შეიძლება აღმოჩნდეს. ამის დასაგენად კი გალაქტიკათშორისი მაგნიტური ველის ზუსტი გაზომვების ჩატარებაა საჭირო, რაც ჯერ ვერავინ შეძლო. სხვა რამეა გალაქტიკებს შიგნით და მათ გროვათა შიგნით არსებული მაგნიტური ველი. მათი გაჩენა ძალიან კარგად აღიწერება თეორიით, რომელიც გერმანელმა ასტროფიზიკოსმა, ლუდვიგ ბირმანმა წარმოადგინა. მას ბირმანის ბატარეას უწოდებენ. მაგნიტური ველი სხვანაირადაც შეიძლება გაჩნდეს – მაგალითად, შავ ხვრელზე ვარდნილი მბრუნავი პლაზმის მიერ. ბუნებას ამ დამაგნიტების გაძლიერბის სხვადახვა მექანიზმი გააჩნია – მაგალითად, კოსმოსური პლაზმის შეკუმშვა დარტყმითი ტალღებით. სპირალურ გალაქტიკებში ასეთი პროცესები მუდმივად მიმდინარეობს, რაც მათი შიდა მაგნიტური ველის სტაბილიზაციას უზრუნველყოფს” – ამბობს ვისკონსინის უნივერსიტეტის ასტრონომიის პროფესორი ელენ ცვაიბელი.
გალაქტიკათშორისი მაგნეტიზმის მონაცემთა დადგენის მცდელობა წარმატებით შეიძლება დასრულდეს. ცვაიბელის განცხადებიდან მალევე, კალიფორნიის ტექნოლოგიური უნივერსიტეტის თანამშრომლებმა, გალაქტიკათშორისი მაგნიტური ველის რეგისტრირების შესახებ განაცხადეს. ამ ველმა აქტიურ გალაქტიკათა ბირთვების(კვაზარი) გამა-სხივური პორტრეტების მცირე გადღაბვნა უნდა გამოიწვიოს. კოსმოსური გამა-ობსერვატორიის საშუალებით – ”ფერმი”, ასეთი ჰალო 170 აქტიური გალაქტიკის ბირთვებთან მართლაც იქნა შემჩნეული. ველის ძალა მოულოდნელად მაღალი აღმოჩნდა – 10-15 გაუსი. თუ ეს დასკვნები სხვებმაც დაადასტურეს, აღმოჩენას, ასტრონომიისა და კოსმოლოგიისთვის უდიდესი მნიშვნელობა ექნება.
ყველაზე უფრო ძლიერი გამა-ანთება, გენერირებული მაგნიტარის მიერ (უძლიერსი მაგნიტური ველის მქონე ნეიტრონული ვარსკვლავი – კოსმოსის ყველაზე ძლიერი მაგნიტები), დედამიწამდე 2004 წლის 27 დეკემბერს მოვიდა. სულ რაღაც 5 წუთში, 1040 ჯოული ელექტრომაგნიტური ენერგია იქნა გამოფრქვეული (რასაც მზე ნახევარი მილიონი წელი ანდომებს). თან, მისი მეოთხედი – 1,3 х 1039 ჯოული, სივრცეში 0,1 წამის განმავლობაში გამოსხივდა. ეს მაგნიტარი 1979, 1980 და 1996 წლებშიც აელვარდა (sgr 1806−20 ზემოთ დართულ ბმულში).
მაგნიტიზმი და ვარსკვლავები
გალაქტიკათა მაგნიტური ველი, ბუნებრივია, ვარსკვლავების გაჩენის პროცესებსაც უკავშირდება. დიდი ხანია ცნობილია, რომ ვარსკვლავები, ცივი და შედარებით სქელი კოსმოსური გაზისა და მტვრის ღრუბლების შეკუმშვით ჩნდებიან. ასეთი ღრუბლები, ყოველ კუბურ სანტიმეტრში ათიდან მილიონამდე ნაწილაკით, ასეულობით სინათლის წლის მანძილზეა გავრცელებული. განსაკუთრებით სქელსა და დიდ ღრუბლებში ასობით და ათასობით ვარსკვლავი იბადება. როგორც ჩანს, ვარსკვლავის დაბადების პროცესი საკმაოდ სწრაფად სრულდება, მაქსიმუმ 10-15 მილიონი წელი(ამ პროცესის ზუსტი დეტალები ჯერ კიდევ არ არის ცნობილი).
ასტროფიზიკოსთა უმრავლესობა თვლის, რომ ვარსკვლავის დაბადება 4 ეტაპად ხდება. გაზის ღრუბლები ფრაგმენტირდება, მასში მაღალი სისქის ჩანართები ჩნდება. ყოველი მათგანი თავისივე გრავიტაციის ზემოქმედებით იკუმშება, ეს კოლაფსი შესქელების ცენტრიდან იწყება და პერიფერიებისკენ ვრცელდება. პროტოვარსკვლავი ვერ გახდება ნამდვილი ვარსკვლავი თუ მის გარშემო მბრუნავი გაზისა და მტვრის დისკოდან მატერიის დამატებით მასებს არ მიიღებს(აკრეცია). თუ ეს მოხდა, ვარსკვლავის ცენტრი კიდევ უფრო იკუმშება და ძალიან ცხელდება. საბოლოოდ, მისი ტემპერატურა რამდენიმე მილიონ გრადუსს აღწევს და ბირთვში წყალბადის თერმობირთვული წვა იწყება(თერმობირთვული რეაქცია – ვარსკვლავების ენერგიის წყარო). პროტოვარსკვლავი კი სრულფასოვანი ვარსკვლავი ხდება.
ზემოთ ხსენებული დისკოდან მატერიის აკრეცირება(გადადენა) რომ მოხდეს პროტოვარსკვლავზე, დისკომ ბრუნვის მომენტის ნაწილი უნდა დაკარგოს. სწორედ ამას უზრუნველყოფს მაგნიტური ველი. დისკოს წარმოქმნის სტადიაზე, მაგნიტური ველი პროტონების გზას ამრუდებს, რომლებიც ნეიტრალურ ატომებს ეჯახებიან და მათ ტრაექტორიებსაც ცვლიან. ეს მაგნიტური დამუხრუჭება, ბრუნვის მომენტის შემამცირებელ შიდა ხახუნს წარმოქმნის. მოგვიანებით, ფორმირებული დისკო სხვა ფიზიკური მექანიზმის ხარჯზე მუხრუჭდება – მაგნიტურ-როტაციული არასტაბილურობა, რომელიც დისკოს გარე და შიდა ნაწილებს აკავშირებს, აიძულებს მათ განსხვავებული სიჩქარით იბრუნოს.
ბირმანის ბატარეა
წარმოვიდგინოთ ელექტრონულ-პროტონული პლაზმით შევსებული კუბი. მის მარჯვენა მხარეზე გრავიტაციის ძალა და ტემპერატურა მეტი იყოს, ვიდრე მარცხენაზე. ასევე დავუშვათ, რომ ჰორიზონატლური ტემპერატურული გრადიენტის ზრდა, კუბის ზემო კიდისკენ მოძრაობისას იზრდება(ვარსკვლავთა გარემოცვაში ეს ჩვეულებრივი ამბავია). რა მოხდება? გრავიტაციული ძალა ელექტრონებსა და პროტონებს მარჯვნივ ექაჩება, ხოლო ტემპერატურული ვარდნა, მათ მარცხენა კიდისკენ წამანაცვლებელ წნევას წარმოქმნის. ეს წნევა არ არიას დამოკიდებული ნაწილაკთა მასაზე, ხოლო გრავიტაციის ძალა კი მისი პროპორციულია. გამოდის, რომ ელექტრონების მარცხენა მხარეს მიგრაციის სიჩქარე, პროტონებისაზე მაღალია – მიიღება ჰორიზონტალური ელექტრული ველი, რომელიც განსხვავბეული მუხტის მქონე ნაწილაკების ერთმანეთისგან ძლიერ დაშორებას ეწინააღმდეგება. ველი ერთგვაროვანია: მისი მაჩვენებელი ქვედა კიდისკენ იმატებს, სადაც ტემპერატურა უფრო მეტად იცვლება. გენერირებული ჩაკეტილი დენი ზედა და ქვედა არეებს აკავშირებს, რომლებიც მაგნიტურ ველს ქმნიან.
სიცოცხლე სიკვდილის შემდეგ
მთავარი მიმდევრობის(ჰერცშპრუნგ-რასელის ვარსკვლავური დიაგრამა) ვარსკვლავთა სიცოცხლე კომპაქტურ ობიექტებად გადაქცევით სრულდება – თეთრი ჯუჯა, ნეიტრონული ვარსკვლავი და შავი ხვრელი. ამ უკანასკნელს საკუთარი მაგნიტური ველი არ გააჩნია, მხოლოდ მასა, კუთხური მომენტი და ელექტრული მუხტი. ნეიტრონული ვარსკვლავების მაგნიტურმა ველმა კი წარმოუდგენელ მაჩვენებელს შეიძლება მიაღწიოს.
ჩვენ გალაქტიკაში აღმოჩენილი 2500 თეთრი ჯუჯების 90%-ს გაზომვისათვის თავსებადი მაგნიტური ველი არ გააჩნია. სამაგიეროდ, დანარჩენები არის ძლიერად დამაგნიტებული – 0,5-დან 500 მეგაგაუსამდე. ამისთვის ისინი კოლაფსირებულ, უკვე დამაგნიტებულ დედავარსკვლავს უნდა უმადლოდნენ. შეკუმშვის გამო შევიწროებული ძალწირები მაგნიტურ ველს ათასობითჯერ აძლიერებს.
სპირალები და ელიფსები
სამყაროს შემადგენელი ჩვეულებრივი (ბარიონული) მატერია, მთლიანად ან ნაწილობრივ იონიზირებული გაზის სახით არის წარმოდგენილი, რომელიც კარგი გამტარია (დენის) და მაგნიტურ ნაკადებს საიმედოდ აკავებს, ამიტომ ვარსკვლავთშორის სივრცეში მაგნიტური ძალწირების სრული გაქრობა არასოდეს ხდება. მზესთან ახლოს მაგნიტური ველის ძალა (ინდუქცია) 6 მიკროგაუსს უტოლდება, ხოლო გალაქტიკის ცენტრში 20-40 მიკროგაუსს აღწევს. ვარსკვლავებითა და გაზით მდიდარ გალაქტიკებში ეს მაჩვენებელი 3-5-ჯერ მეტია, ხოლო მათ ცენტრალურ რეგიონებში ასეულ მიკროგაუსსაც შეიძლება გადააჭარბოს (შედარებისთვის, დედამიწის ზედაპირთან ახლოს მაგნიტური ველი 0,2-07 გაუსის ფარგლებში მერყეობს). გაზით ღარიბი ელიფსური გალაქტიკების მაგნიტური ველი გაცილებით სუსტია. გალაქტიკათა გროვების გამჭოლი მაგნიტური ველის ინდუქცია რამდენიმე მიკროგაუსიდან ათამდე მიკროგაუსს აღწევს, მაგრამ მათ გამყოფ სივრცეში მაგნიტური ველი ჯერ არავის აღმოუჩენია. თუ არის, იქნება უკიდურესად სუსტი, ადრეული სამყაროს დროინდელი ნარჩენი.
საიდან აქვს მაგნიტური ველის დაძაბულობის აბსოლუტურ რეკორდსმენებს – ნეიტრონულ ვარსკვლავებს, მაგნიტური ველი, თუ მათ შემადგენელ ნეიტრონებს ელექტრული მუხტი არ გააჩნია? აქვთ მაგნიტური მომენტი, თუმცა მას მიზერული წვლილი შეაქვს საერთო მაგნიტურ ველში. საქმე ისაა, რომ მასში პროტონებისა და ელექტრონების ნარევებიც არის, რომლებიც კონვექციურ (დუღილის მსგავსი) პროცესებში მონაწილეობენ და ვარსკვლავის წიაღში, უძლიერესი მაგნიტური ველის წარმომქმნელ დენს გენერირებენ.
თეორიის მიხედვით, ძლიერი მაგნიტური ველის მქონე ნეიტრონული ვარსკვლავი წამის განმავლობაში იმდენად ცივდება (სწრაფი ბრუნვითა და ძლიერი მაგნიტური ველით მოშორებული ენერგიის ხარჯზე), რომ კონვექციური პროცესები ჩერდება და დენის წარმომქმნელი დინამო აღარ მუშაობს. ზეძლიერი ველი კიდევ დიდი ხნით რჩება, რადგან ის ზედენად სითხეშია (შეიძლება ზეგამტარიც არის) ”ჩაყინული”. მაგნიტური ველი ვარსკვლავს კინეტიკური ენერგიის ნაწილს ართმევს და რადიაციისა და ამოფრქვევების სახით ანიავებს. ამის გამო, მაგნიტარის ბრუნვის პერიოდი იზრდება და 10 000 წლის ნგანმავლოაბში რამდენიმე წამს აღწევს. სწორედ ასეთი კუთხური სიჩქარე გააჩნია დღეისათვის აღმოჩენილ ყველა მაგნიტარს (გალაქტიკები – სამყაროს ვარსკვლავური კუნძულები).