สนามแม่เหล็กกาแล็กซีและรังสีคอสมิก

สนามแม่เหล็กแผ่กระจายไปทั่วกาแล็กซีและกักเก็บรังสีคอสมิก ซึ่งเป็นอนุภาคมีประจุพลังงานสูงที่ความดันของมันเทียบเท่ากับก๊าซระหว่างดาวและกำหนดพลวัตของมัน

Definition

สนามแม่เหล็กกาแล็กซีคือสนามแม่เหล็กขนาดใหญ่และปั่นป่วนที่แผ่ซ่านไปทั่วตัวกลางระหว่างดาว และรังสีคอสมิกคืออนุภาคมีประจุสัมพัทธภาพ (relativistic charged particles) ส่วนใหญ่เป็นโปรตอนและนิวเคลียส ซึ่งถูกกักเก็บโดยสนามเหล่านี้และมีส่วนสำคัญต่อสมดุลงบประมาณพลังงานของกาแล็กซี

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงความเข้มและโครงสร้างขนาดใหญ่ของสนามแม่เหล็กกาแล็กซี วิธีการที่ใช้ในการวัด เช่น การหมุนฟาราเดย์ (Faraday rotation) และโพลาไรเซชัน (polarization) ต้นกำเนิดและการแพร่กระจายของรังสีคอสมิก การแผ่รังสีซิงโครตรอน (synchrotron emission) ในฐานะตัวบ่งชี้สนามและอนุภาค และการแบ่งส่วนพลังงานโดยประมาณระหว่างก๊าซ สนาม และรังสีคอสมิก

Core questions

• สนามแม่เหล็กกาแล็กซีมีความเข้มเท่าใด และมีโครงสร้างขนาดใหญ่อย่างไร?
• สนามแม่เหล็กระหว่างดาวถูกวัดได้อย่างไร?
• รังสีคอสมิกมาจากไหน และแพร่กระจายผ่านกาแล็กซีได้อย่างไร?
• สนามและรังสีคอสมิกเปรียบเทียบพลังงานกับก๊าซระหว่างดาวได้อย่างไร?

Key theories

สนามขนาดใหญ่และปั่นป่วน

สนามแม่เหล็กกาแล็กซีมีองค์ประกอบที่เป็นระเบียบซึ่งจัดเรียงตามโครงสร้างเกลียวบวกกับองค์ประกอบที่ปั่นป่วนที่เทียบเท่ากัน ซึ่งถูกทำแผนที่ผ่านการหมุนฟาราเดย์ โพลาไรเซชัน และการแผ่รังสีซิงโครตรอน

ต้นกำเนิดและการแพร่กระจายของรังสีคอสมิก

รังสีคอสมิกเชื่อกันว่าถูกเร่งความเร็วส่วนใหญ่ในคลื่นกระแทกของซากซูเปอร์โนวา (supernova remnant shocks) จากนั้นจึงแพร่กระจายผ่านสนามแม่เหล็กกาแล็กซี โดยองค์ประกอบและสเปกตรัมของมันเป็นข้อจำกัดสำหรับแบบจำลองการแพร่กระจาย

การแบ่งส่วนพลังงาน

ความหนาแน่นพลังงานของก๊าซระหว่างดาว สนามแม่เหล็ก และรังสีคอสมิกมีความใกล้เคียงกัน ดังนั้นความดันแม่เหล็กและรังสีคอสมิกจึงมีความสำคัญทางพลวัตต่อโครงสร้างของตัวกลาง

Clinical relevance

สนามแม่เหล็กและรังสีคอสมิกมีอิทธิพลต่อการค้ำจุนและพลวัตของตัวกลางระหว่างดาว ควบคุมการก่อตัวของดาวโดยการให้ความดัน ขับเคลื่อนลมกาแล็กซี และผลิตรังสีซิงโครตรอนซึ่งใช้ในการศึกษาดาราจักรที่ความยาวคลื่นวิทยุ

History

การตรวจจับการแผ่รังสีวิทยุซิงโครตรอนของกาแล็กซีและการโพลาไรซ์ของแสงดาวในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ได้เปิดเผยถึงสนามแม่เหล็กระหว่างดาว ในขณะที่เฟอร์มี (Fermi) ได้เสนอกลไกสำหรับการเร่งรังสีคอสมิก การสำรวจการหมุนฟาราเดย์และเครื่องตรวจจับอนุภาคบนอวกาศได้ทำการทำแผนที่สนามและวัดสเปกตรัมรังสีคอสมิกอย่างละเอียดตั้งแต่นั้นมา

Key figures

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

Seminal works

• beck2001
• strong2007
• ferriere2001

Frequently asked questions

เราจะวัดสนามแม่เหล็กทั่วทั้งกาแล็กซีได้อย่างไร?

นักดาราศาสตร์อนุมานโดยอ้อม: แสงดาวโพลาไรซ์ที่จัดเรียงโดยเม็ดแม่เหล็ก การหมุนของสัญญาณวิทยุโพลาไรซ์ที่ผ่านพลาสมาที่มีสนามแม่เหล็ก และการแผ่รังสีซิงโครตรอนจากอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่เป็นเกลียวในสนาม ล้วนเปิดเผยความเข้มและทิศทางของมัน

รังสีคอสมิกมาจากไหน?

รังสีคอสมิกส่วนใหญ่ในกาแล็กซีเชื่อกันว่าถูกเร่งความเร็วในคลื่นกระแทกของซากซูเปอร์โนวา จากนั้นจึงเคลื่อนที่ไปทั่วกาแล็กซี โดยถูกนำทางโดยสนามแม่เหล็กของมัน เป็นเวลาหลายล้านปีก่อนที่จะหลุดออกไปหรือเกิดปฏิกิริยา