Галактические магнитные поля и космические лучи

Магнитные поля пронизывают Галактику и удерживают космические лучи — энергичные заряженные частицы, давление которых сопоставимо с давлением межзвездного газа и определяет его динамику.

Definition

Галактические магнитные поля — это крупномасштабные и турбулентные магнитные поля, пронизывающие межзвездную среду, а космические лучи — это релятивистские заряженные частицы, в основном протоны и ядра, которые удерживаются этими полями и вносят значительный вклад в энергетический баланс Галактики.

Scope

Эта тема охватывает силу и крупномасштабную структуру галактического магнитного поля, методы его измерения, такие как фарадеевское вращение и поляризация, происхождение и распространение космических лучей, синхротронное излучение как индикатор полей и частиц, а также приблизительное энергетическое равнораспределение между газом, полями и космическими лучами.

Core questions

• Насколько сильно галактическое магнитное поле и какова его крупномасштабная структура?
• Как измеряются межзвездные магнитные поля?
• Откуда берутся космические лучи и как они распространяются по Галактике?
• Как соотносятся по энергии поля и космические лучи с межзвездным газом?

Key theories

Крупномасштабные и турбулентные поля

Галактическое магнитное поле имеет упорядоченную компоненту, выровненную со спиральной структурой, а также сопоставимую турбулентную компоненту, картируемую посредством фарадеевского вращения, поляризации и синхротронного излучения.

Происхождение и распространение космических лучей

Считается, что космические лучи ускоряются в основном в ударных волнах остатков сверхновых, а затем диффундируют через галактическое магнитное поле; их состав и спектр ограничивают модели распространения.

Энергетическое равнораспределение

Плотности энергии межзвездного газа, магнитных полей и космических лучей сопоставимы, поэтому магнитное давление и давление космических лучей динамически важны для структуры среды.

Clinical relevance

Магнитные поля и космические лучи влияют на поддержание и динамику межзвездной среды, регулируют звездообразование, обеспечивая давление, вызывают галактические ветры и производят синхротронное излучение, с помощью которого галактики изучаются на радиоволнах.

History

Обнаружение галактического синхротронного радиоизлучения и поляризации звездного света в середине XX века выявило межзвездные магнитные поля, в то время как Ферми предложил механизмы ускорения космических лучей. С тех пор обзоры фарадеевского вращения и космические детекторы частиц позволили детально картировать поля и измерить спектр космических лучей.

Key figures

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

Seminal works

• beck2001
• strong2007
• ferriere2001

Frequently asked questions

Как можно измерить магнитное поле во всей Галактике?

Астрономы выводят его косвенно: поляризованный звездный свет, выровненный магнитными зернами, вращение поляризованных радиосигналов, проходящих через намагниченную плазму, и синхротронное излучение от электронов, движущихся по спирали в поле, — все это раскрывает его силу и направление.

Откуда берутся космические лучи?

Считается, что большинство галактических космических лучей ускоряются в ударных волнах остатков сверхновых, а затем блуждают по Галактике, направляемые ее магнитным полем, в течение миллионов лет, прежде чем покинуть ее или вступить во взаимодействие.