:: OSEL.CZ :: - Jak změřit nezměřitelné
Jak změřit nezměřitelné  
Vesmír je jako kynoucí prázdno se špatně rozmíchanými rozinkami galaxií. Jenže ta nadouvající se zdánlivá nicota je prosycená energií – temnou energií vakua, zářením z různých zdrojů a mezigalaktickým magnetickým polem. Jeho vznik dosud není zcela objasněn, jisté ale je, že existuje od dob raného vesmíru. Působí sice na gigantické vzdálenosti, je však nepředstavitelně slabé. A navíc je desítky tisíc světelných let daleko, za hranicí silnějšího magnetického pole Mléčné dráhy. Dá se něco tak nedostupné vůbec ze Země změřit?

 

Zvětšit obrázek
Záření gama je v elektromagnetickém spektru to nejenergetičtější, s nejkratší vlnovou délkou.

Aby ten nejobyčejnější magnet, kterým je přírodní magnetit (podvojný oxid železnato-železitý), mohl prokázat svou tajemnou vlastnost, musí při jeho vzniku působit vnější magnetické pole - pole Země. To ve vnitřní struktuře minerálu stejným směrem zorientuje magnetické domény, jakési elementární magnetické částečky.

 

Aby se v mladé planetě mohl rozběhnout mechanismus neustálého obnovování planetárního magnetického pole, takzvané planetární magnetické dynamo, jaké má i Země, musí na ní působit pole vnější, i kdyby bylo relativně slabé. U Země na to stačilo magnetické pole mladého Slunce.

Zvětšit obrázek
Heliosférou nazýváme oblast působení magnetického pole Slunce. Deformuje vnější lokální galaktické magnetické pole. V oblasti největší deformace se siločáry zahušťují, intenzita pole roste a stlačuje heliosféru. (Více v starším článku). Podobně se ovlivňují i galaktické magnetické pole s okolním mezigalaktickým.

 

Jenže to samé platí i pro tuto naší hvězdu. Aby se v ní mohlo zrodit základní dipólové pole, které se v průběhu cyklů magnetické aktivity výrazně mění a přepólovává, muselo na ní ve stadiu protohvězdy také působit nějaké vnější pole – magnetické pole mezihvězdné (interstelární), čili lokální pole galaktické.

 

Dá se tedy předpokládat, že i obrovskou mezigalaktickou prázdnotou prostupují sice velmi slabá, ale zato prostorově gigantická mezigalaktická magnetická pole. Jejich původ není dosud objasněn, většina astrofyziků předpokládá, že jejich zárodky vznikly krátce po Big Bangu. Ale své zastánce má i hypotéza o jejich původu v prvních protogalaktických seskupeních hmoty. Tato pole byla pravděpodobně zdrojem pro vytvoření silnějších magnetických polí v galaxiích.

 

Již léta se astronomové snaží intenzitu (přesněji velkost magnetické indukce) magnetického pole za hranicí naší Galaxie teoreticky výpočíst, protože jak ji změřit? Je příliš malá pro standardní metody určování magnetických polí vzdálených kosmických objektů. A na cestu ven z Mléčné dráhy žádnou sondu s dostatečně citlivým magnetometrem nevyšleme.

Zvětšit obrázek
Kosmický gama teleskop Fermi (původně označený akronymem GLAST) měří dopadající vysoce energetické fotony gama záření pomocí detekce elektron – pozitronových párů vznikajících ve wolframových destičkách uvnitř systému 16 směrově citlivých snímacích věžiček (vlevo nahoře). Kredit: NASA

 

A přece situace možná není zcela beznadějná. Nejnovější číslo Astrophysical Journal Letters uveřejňuje článek Shin’ichira Anda z CALTECHu (California Institute of Technology) a Alexandra Kusenka z University of California v Los Angeles, kteří udělali jeden z prvních pokusů o stanovení nepatrné hodnoty mezigalaktického magnetického pole. Dvojice fyziků si zvolila zajímavý postup - analýzu obrazů aktivních center velkých, různě vzdálených galaxií, snímaných v spektrální oblasti energetického gama záření.

 

V aktivních centrech galaxií sídlí černé díry, hltající kvanta hmoty, kterou si gravitačně k sobě přitahují. Tím ji urychlují na extrémní hodnoty (relativistické rychlosti) a to pak způsobuje, že obrovská oblast okolo nenasytné černé díry intenzivně vyzařuje i ve spektru vysoce energetického gama záření.


Jako tyto paprsky gama prolétávají obrovským mezigalaktickým prostorem, prodlužuje se jejich vlnová délka, čímž se po škále spektra posouvají k červené oblasti (rudý posuv). Zároveň interagují se světlem z různých jiných vesmírných zdrojů, například s fotony všudypřítomného mikrovlnného kosmického pozadí. Tyto mikrovlny jsou vybledlou a vychladlou vzpomínkou na světlo, jež prozářilo celý vesmír asi 380 000 let po Big Bangu.

Zvětšit obrázek
Inverzní Comptonův rozptyl

Fotony gama vyzářené z centrálních galaktických oblastí mohou mít tak velkou energii, že se při interakcích s fotony pozadí proměňují v elektron-pozitronové páry. Jsou to elektricky nabité částice a tak na ně i slabé mezigalaktické magnetické pole působí a nepatrně je vychyluje z původní dráhy. Velká energie těmto elektronům a pozitronům uděluje vysokou relativistickou rychlost blízkou rychlosti světla. Když se „potkají“ s fotonem pozadí, odevzdají mu část své energie a tím ho přeřadí do vyšší spektrální kategorie – například z mikrovln až do záření gama. Tak tento proces, jenž se nazývá inverzní Comptonův rozptyl, produkuje sekundární gama-fotony. Dráha, rozsah energií a nepatrné zpožděni za primárními přímo letícími gama paprsky jsou jejich identifikačními znaky, v kterých je podepsáno i působení mezigalaktického magnetického pole.

 

Elektromagnetická kaskáda, jak autoři zmíněné procesy vzniku sekundárních fotonů ve svém článku nazývají, „rozmazává“ snímky vzdálených zdrojů gama záření. Jejich ostrost narušují právě sekundární fotony, které sice přilétají přímo, ale ne od zdroje, ale od místa jejich střetu s elektrony, jejichž dráhy ovlivnilo mezigalaktické magnetické pole. Sekundární fotony tak vytvářejí na snímku mlhavé halo okolo předpokládaného ostrého gama-obrazu vesmírného objektu.

 

Tento jev nabízí jednu z mála možností, jak nepřímo mezigalaktické magnetické pole zkoumat. Proto se Ando a Kusenko rozhodli vybrat gama snímky 170 nejjasnějších, různě vzdálených aktivních galaktických center z katalogu kosmického teleskopu Fermi, který již přes dva roky mapuje oblohu ve spektru gama záření. Porovnávali a analyzovali záznamy pořízené v třech energetických pásmech: 1 – 3 GeV, 3 – 10 GeV a 10 – 100 GeV (gigaelektronvoltů), aby odhalili jaký vliv na gama fotony v tom kterém pásmu magnetické pole má. Teorie stanovuje spodní limit pro energii, která gama-fotonu umožňuje transformaci v elektron – pozitronový pár po interakci s jiným světelným kvantem. Snímky potvrdily očekávání – u energiích pod touto hranicí, kdy fotony nevstupují do zmíněných elektromagnetických kaskád, byl obraz galaktických center ostřejší, odpovídající přímým dráhám. U vyšších energiích snímky rozostřuje halo „rozlétaných“ sekundárních fotonů.

Zvětšit obrázek
Zobrazení souču detekcí gama záření ze 170 aktivních galaktických jader (vlevo) a příslušných nejlépe odpovídajících modelů pro bodové zdroje (vpravo). Horní dvojice: energetické pásmo 3-10 GeV, spodní: 10–100 GeV. Velikost pixlu: 0,03o pro 3-10 GeV, 0,01o pro 10-100 GeV. Zdroj: Sh. Ando, A. Kusenko/arXiv: 1005.1924v2

 

Míra tohoto rozostření umožnila fyzikům alespoň řádově "změřit" hodnotu mezigalaktického magnetického pole. Dalekohledem pořízené snímky porovnávali s výsledky nejrealističtějších modelů, vyloučili možné rušivé vlivy Fermiho přístrojů a vyšlo jim, že v obrovské vesmírné mezigalaktické „prázdnotě“ působí kromě záření pozadí a temné energie i magnetické pole o intensitě v řádu 10-15 gaussu, tedy 10-19 Tesla.

 

Jak malá je to hodnota, napoví porovnání: magnetická páska na dveřích chladničky vytváří statické pole s intensitou řádově militesla (asi 5 x 10-3 T); magnetické pole Země, měřené na pozemních stanicích, má hodnoty v řádu desítek mikrotesla (31 x 10-6 T na rovníku a asi 58 x 10-6 T na 50. stupni zeměpisné šířky); lidský mozek svou bioelektrickou aktivitou vytváří magnetické pole v rozsahu desetin pikotesla až jednoho pikotesla (1 pT = 10-12 T). Mezigalaktické pole je ještě deset milionkrát slabší. Asi bychom ho ani nedokázali změřit stávajícími přístroji. Citlivé SQUIDy (supravodivé kvantové interferenční magnetometry), kterými měříme ty nejslabší pole, registrují do hodnot 5 x 10-18 T.

 

Hodnota 10-15 G (10-19 T), kterou Ando s Kusenkem zjistili, představuje rozsah (řád), ve kterém se intenzita intergalaktického pole pravděpodobně nachází a samozřejmě neznamená, že je ve všech mezigalaktických oblastech vesmíru stejná. Jak naznačily předcházející modely, toto pole ovlivňují galaxie seskupené do různých prostorových struktur. Výsledek odpovídá závěru podobné studie, ve které jiná dvojice, Andrej Neronov a Evgen Vovk ze Ženevské observatoře, stanovila spodní mez intenzity intergalaktického magnetického pole na hodnotu 3x10-16 gaussu. Obě letos uveřejněné práce představují první pokusy o změření něčeho přímou metodou neměřitelně titěrného za nedosažitelně vzdálenými humny našeho obrovského galaktického domova.

 


Zdroje: preprint článku (Astrophysical Journal Letters); A. Neronov et al.:Degree-Scale GeV “Jets” from Active and Dead TeV Blazars , v přepracované formě vyšel 2. 4. 2010 v Science

Datum: 26.09.2010 10:51
Tisk článku

Magnetická pole - Breton André, Soupault Philippe
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 169 Kč
cena: 158 Kč
Magnetická pole
Breton André, Soupault Philippe

Diskuze:

Neoaflévenisté

Adolf Balík,2010-09-28 11:08:17

Paní Gregorová děkuji! Považuji to za extrémně zajímavou odpověď na mou nedávnou otázku:

„Ale, když jsem u těch ujetých kosmologických teorií. Kdysi dávno jsem v jakémsi časopise četl o teorie nějakého neoaflévenisty (bohužel nevím už jméno). Přišel s modelem – odlišným než ten původní Aflévenův. Vymyslel ho někdy 70. či nejpozději 80. letech. Vysvětloval v něm tu „buňkovou“ strukturu vesmíru tak, že tam, kde jsou galaxie, je plazma, a ta je vodivá a vede proto mega-elektrické proudy vytvářející mega-magnetická pole. A ty proudy protékají proto převážně stěnami, nejvíc však hranami vytvářejíc tak mřížku elektrické sítě s přetíženými uhly na průsečících těch hran. Struktura těch plástvů s hranovými mřížkami a uzly, je pak tvořena interakcemi těch magnetických polí a proudů. To bylo ještě dávno před tím, než se přišlo na to, jak magnetická pole vytváří spirální struktury galaxií a než našly ty plazmové filamenty roztažené daleko od galaxií.

Evokuje to takovou krásně technickou představu s rovnováhou mezi kinetickou, gravitační, elektromagnetickou a proudovou energií jak v elektromechanickém stroji bez nějakých divných inflací a je v tom i spousta temného elektromagnetismu ještě z časů před módou temné hmoty.“

Sice nevíte, kde najít něco o současném stavu této teorie, ale sděluje to cosi o základních parametrech, které by pro takový model v dnešní době musely být relevantní.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace