은하 자기장과 우주선

자기장은 은하를 가로지르며 우주선(cosmic rays)을 가두는데, 이 고에너지 전하를 띤 입자들의 압력은 성간 가스의 압력에 필적하며 그 역학을 형성합니다.

Definition

은하 자기장은 성간 매질에 스며들어 있는 대규모의 난류 자기장이며, 우주선은 주로 양성자와 핵으로 이루어진 상대론적 전하 입자로, 이 자기장에 의해 갇히고 은하의 에너지 예산에 상당한 기여를 합니다.

Scope

이 주제는 은하 자기장의 세기와 대규모 구조, 패러데이 회전(Faraday rotation) 및 편광과 같은 측정 방법, 우주선의 기원과 전파, 자기장과 입자의 추적자로서의 싱크로트론 방출(synchrotron emission), 그리고 가스, 자기장, 우주선 사이의 대략적인 에너지 등분배(equipartition)를 다룹니다.

Core questions

• 은하 자기장은 얼마나 강하며, 그 대규모 구조는 무엇입니까?
• 성간 자기장은 어떻게 측정됩니까?
• 우주선은 어디에서 오며, 은하를 통해 어떻게 전파됩니까?
• 자기장과 우주선은 성간 가스와 에너지를 어떻게 비교합니까?

Key theories

대규모 및 난류 자기장

은하 자기장은 나선 구조와 정렬된 정렬된 성분과 유사한 난류 성분을 가지며, 패러데이 회전, 편광 및 싱크로트론 방출을 통해 매핑됩니다.

우주선 기원 및 전파

우주선은 주로 초신성 잔해 충격파에서 가속된 후 은하 자기장을 통해 확산되며, 그 구성과 스펙트럼은 전파 모델을 제약합니다.

에너지 등분배

성간 가스, 자기장 및 우주선의 에너지 밀도는 비슷하므로, 자기장 및 우주선 압력은 매질의 구조에 동적으로 중요합니다.

Clinical relevance

자기장과 우주선은 성간 매질의 지지 및 역학에 영향을 미치고, 압력을 제공하여 별 형성을 조절하며, 은하풍을 구동하고, 은하가 전파 파장에서 연구되는 싱크로트론 복사를 생성합니다.

History

20세기 중반 은하 싱크로트론 전파 방출의 탐지와 별빛의 편광은 성간 자기장의 존재를 밝혀냈고, 페르미(Fermi)는 우주선 가속 메커니즘을 제안했습니다. 이후 패러데이 회전 조사와 우주 기반 입자 탐지기는 자기장을 매핑하고 우주선 스펙트럼을 상세히 측정했습니다.

Key figures

• Rainer Beck
• Enrico Fermi
• Andrew Strong
• Katia Ferriere

Seminal works

• beck2001
• strong2007
• ferriere2001

Frequently asked questions

은하 전체의 자기장을 어떻게 측정할 수 있습니까?

천문학자들은 간접적으로 추론합니다. 자기화된 먼지 입자에 의해 정렬된 편광된 별빛, 자기화된 플라즈마를 통과하는 편광된 전파 신호의 회전, 그리고 자기장 내에서 나선형으로 움직이는 전자의 싱크로트론 복사 모두 자기장의 세기와 방향을 드러냅니다.

우주선은 어디에서 옵니까?

대부분의 은하 우주선은 초신성 잔해의 충격파에서 가속된 후, 은하의 자기장에 의해 안내되어 수백만 년 동안 은하를 떠돌다가 탈출하거나 상호작용하는 것으로 여겨집니다.