Пульсары помогли измерить магнитное поле в гало Млечного Пути

Астрономы использовали пульсары в шаровом скоплении 47 Тукана для оценки магнитного поля в гало Млечного Пути. Оказалось, что вдоль направления к скоплению поле заметно усиливается, чего исследователи не ожидали обнаружить. Результаты указывают на наличие замагниченного истечения из диска Галактики, уходящего далеко в гало и взаимодействующего с шаровым скоплением, пишут авторы в журнале Nature Astronomy.

Галактическое магнитное поле играет важную роль как на масштабе всей системы, так и на уровне ее отдельных частей. В частности, оно влияет на галактическую эволюцию, воздействует на темп звездообразования, определяет распространение космических лучей и управляет течением галактического ветра. Однако происхождение таких полей и их структура известны плохо.

Относительно хорошо известно магнитное поле в диске Млечного Пути, которое можно разделить на регулярную крупномасштабную компоненту и случайную составляющую турбулентной природы меньших размеров. Гораздо меньше известно о магнитном поле в гало. Обычно считается, что его силовые линии направлены параллельно плоскости Галактики, но существуют ограниченные свидетельства наличия и перпендикулярной составляющей.

Астрономы под руководством Федерико Аббате (Federico Abbate) из Института радиоастрономии Общества Макса Планка и его коллеги из Германии, Италии и Новой Зеландии использовали наблюдения за пульсарами в шаровом скоплении 47 Тукана для определения магнитного поля в гало Млечного Пути. Данное скопление является спутником нашей галактики, а в текущий момент находится вблизи направления на галактический полюс, поэтому излучение объектов в нем впервые позволило оценить магнитное поле в гало на масштабе нескольких световых лет. Оказалось, что поле нарастает по направлению к скоплению и достигает значений около 60 микрогаусс.

Магнитное поле не наблюдается непосредственно, но его можно оценить при помощи косвенных способов. В основе примененного в данной работе метода лежит наблюдение пульсаров — нейтронных звезд, от которых приходят периодические сигналы. Такие объекты излучают электромагнитные волны преимущественно с горячих пятен, которые по мере вращения тела то видны, то уходят на противоположную сторону.

Из-за большой массы стабильность вращения пульсаров и, следовательно, времени прихода их импульсов очень велика. Однако при наблюдении на различных частотах можно заметить задержку, которая численно выражается мерой дисперсии. Эта разница набегает по мере распространения сигнала сквозь заполненную заряженными частицами среду, и ее можно использовать для определения плотности свободных электронов вдоль направления на пульсар.

Второе необходимое явление называется эффектом Фарадея. Этот феномен связан с вращением плоскости линейной поляризации электромагнитных волн при движении сквозь замагниченную среду. Итоговый угол вращения зависит от магнитного поля, плотности среды и длины волны. Как правило, излучение пульсаров обладает высокой степенью линейной поляризации. Определение фарадеевского вращения и меры дисперсии позволяет вычислить величину магнитного поля вдоль луча зрения.

Авторам удалось согласовать измеренные значения фарадеевского вращения и меры дисперсии при точно известных расстояниях до пульсаров только в модели с магнитным полем до 60 микрогаусс. Однако такое поле слишком велико для генерации внутри скопления. Астрономы приходят к выводу, что его можно успешно описать взаимодействием галактического ветра с плазмой скопления. В таком случае рядом со скоплением возникает ударная волна, в которой поле заметно усиливается, а направления на различные пульсары проходят через разные участки этой волны, что обеспечивает наблюдаемые значения фарадеевского вращения и меры дисперсии.

Этот результат говорит о происходящем активном взаимодействии Млечного Пути со скоплением-спутником посредством замагниченного потока вещества. Дальнейшие наблюдения этого и других скоплений на новых радиотелескопах, таких как MeerKAT, позволят с намного большей точностью выяснить структуру магнитного поля в гало Галактики.

Недавно астрономы открыли пять новых шаровых скоплений в Млечном Пути, отследили магнитное поле в межзвездных облаках, нашли первые примеры инверсий магнитного поля галактического масштаба и рассмотрели магнитное поле вокруг черной дыры в центре Галактики.

Тимур Кешелава